脉冲气体激光器用固态高压开关的研制

实验研制了基于磁脉冲压缩系统的脉冲气体激光器用固态高压开关,实验中通过调节复位电流大小,负载电阻大小等相关参数实现了磁压缩开关输出效率达到最大值。经两级磁开关压缩后脉宽约压缩为原来的5%。压缩后脉冲上升时间约为180 ns,幅值约为16 kV。其中第一级磁压缩效率为89.2%,第二级磁压缩效率达到97.7%,总的压缩效率达到87.2%。接激光器后测得输出激光脉冲能量约为20 mJ,输出激光脉冲半高宽约为85 ns。     

基于半导体激光器的脉冲整形技术

论述一种新的激光脉冲整形方法-利用任意形状的整形电脉冲直接驱动半导体激光器,产生与电脉冲形状一致的激光脉冲, 作为高功率激光装置的种子光源。使用GaAs 场效应管作为开关器件,使用超宽带脉冲触发场效应管产生整形电脉冲,引入阻抗渐变微带技术克服了触发脉冲损耗对级联场效应管数量限制,将整形电脉冲脉冲宽度扩展到10 ns。以整形电脉冲直接驱动半导体激光器,可产生脉宽为10 ns,时域调节精度为330 ps 的任意整形激光脉冲。     

两级串联式电光开关高压快脉冲源的研制

研制了一种纳秒级同步延时的两级串联式电光开关高压快脉冲源,它具有延时精度高且可调、稳定性好、体积小且成本低的优点。在开关器件两端并联一个高压大电流快速开关二极管,有效地抑制了高压快速放电瞬间引线电感引起的过冲及振荡;采用光电隔离器将低压延时电路与高压开关电路隔离,防止了高压脉冲对低压延时信号的干扰;高压脉冲高电平最大值为1200 V,下降沿约为9 ns,零电平宽度在200 ns～15μs之间可调,同时两路高压脉冲相对时间抖动小于1 ns;两级电光开关串联通过腔外光学斩波将连续激光转化成了双快沿脉冲,其上升沿和下降沿均在10 ns左右,重复频率和脉宽分别在1～10 kHz和10～100 ns内范围连续可调。     

一种放电引发非链式氟化氘脉冲激光器研究

设计了一种紧凑型放电引发非链式氟化氘(DF)脉冲激光器,引入基于闸流管的一级磁脉冲压缩高压快上升沿放电引发回路,形成39.5kV、100ns上升沿高压快脉冲。紧凑型张氏放电电极结合紫外(UV)火花预电离,在电极间距为30mm激活区形成均匀辉光放电,注入能量密度达190J/L。激光谐振腔选用平平腔结构,激光工作气体采用SF6和D2,其气体配比优化为10:3,此时获得最大能量输出为877mJ,电光转换效率为1.9%,脉宽约200ns,光斑为30mm×9mm。     

基于FPGA脉宽可调的窄脉冲激光器驱动电路设计

针对激光驱动电路纳秒脉冲宽度无法调节的问题,设计了一种新型的脉宽可调的窄脉冲激光驱动电路。利用FPGA和激光二极管的工作原理,设计并搭建半导体激光器驱动电路。电路采用高速MOSFET作为开关器件驱动激光二极管SPLPL90-3,并利用LTspice仿真软件分析激光驱动电路中电源电压、储能电容和阻尼电阻对驱动脉冲的影响,最终选择最佳的电路参数。当电源电压为150 V,储能电容为1 nF,阻尼电阻为2Ω时,最终输出激光二极管的电流为39.7 A,脉冲宽度6 ns,上升沿3 ns,满足了大电流纳秒脉冲半导体激光器驱动电路的设计要求。     

电光Q开关红宝石激光脉冲展宽的研究

从理论分析了电光Q开关红宝石激光的反转粒子数密度、腔损耗（含激光输出）与光子密度之间瞬态变化关系,导出了脉冲展宽条件。设计出与理论计算结果符合的电光调Q开关驱动电路,该电路在1μs内用3个信号的结合来驱动电子管FM-30工作。大量的实验表明,其结果与理论分析有较好的一致性。该系统得到了700ns的激光展宽脉冲。     

高速电光调Q开关驱动电源的设计

更快的调Q开关速度以进一步提高峰值功率并压缩脉宽将会使电光调Q技术在激光打孔、划片、雕刻和测距等领域得到更广泛的的应用.设计了一种新型的高速电光调Q开关驱动电源,包括高压电源、高速开关电路、触发电路和控制电路等,该驱动电源具有体积小、功耗低和工作寿命长等优点.经实验,下降沿在20ns以下,高压在2KV至5KV可调,重复频率可达10KHz.     

大功率半导体激光器脉冲驱动电源研制

研制了一种大电流、窄脉宽的半导体激光器驱动电源,该驱动电源激励半导体激光器用于驱动砷化镓光导开关。驱动电路采用高速金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为开关,为半导体激光器提供一个前沿快(1.2 ns)、脉宽窄(15 ns)、峰值电流大(72 A)的脉冲驱动电流,并可根据需要调节电路中的参数,获得不同前沿、不同脉宽、不同峰值的电流脉冲。半导体激光器输出的激光脉冲功率可达75 W,上升前沿约3 ns,抖动均方根小于200 ps,可稳定触发工作在非线性模式下的砷化镓光导开关。     

纳秒上升时间Q开关高压脉冲发生器的设计

设计了一种基于Marx Bank Generator脉冲发生原理而设计的ns级上升沿调Q开关雪崩三极管高压脉冲发生器。它可以在20ns以内的时间在Nd:YAG激光器的电光调Q晶体（KD*P）两端加上1/4波高压，调Q时间由原来使用电子管时的90ns缩短为15ns以内，从而使输出脉冲的峰值功率由25mW增大至93mW，脉宽由16ns缩短为8ns。该调Q电路还具有体积小、功耗低、电磁辐射小、重复率高和工作寿命长等优点。     

一种脉宽可调的窄脉冲激光器驱动电路设计

针对半导体激光器中纳秒级脉宽的驱动电路脉冲宽度范围小、无法调节的问题,提出一种脉宽可调的窄脉冲激光器驱动电路设计方案.根据现场可编程逻辑门阵列(FPGA)技术和半导体激光的工作原理,搭建了半导体激光驱动电路的一般模型,并进行了仿真与实验分析.以FPGA开发板为控制核心,使用高速金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)驱动芯片DE375作为开关,实现驱动电源及半导体激光器的精密控制.该电路输出的脉冲电流幅值可达40A,脉冲宽度为5～200 ns,重复频率为0～50 kHz,上升沿宽度小于5 ns,有效增强了半导体激光器驱动电路的功能.     

基于功率晶体管窄脉冲激光驱动设计

激光的高功率、窄脉冲是提高激光引信系统精度,提高引信抗干扰能力的重要手段。为实现小体积的高频、高功率、窄脉冲激光发射,采用大功率晶体管正反馈设计出晶闸管开关应用于高频脉冲激光测距窄脉冲激光发射电路,用钳位二极管抑制激光器反向击穿。通过对RLC充放电回路、晶体管开关电路、晶闸管器件的分析,设计SCR电路,分析放电回路的三个步骤,运用pspice仿真程序对驱动电路进行了参数仿真。制作了印刷电路板,得到峰值电流12 A,脉宽8 ns的脉冲电流。     

基于固体开关器件的新型高压脉冲驱动源

从MOSFET的开关基理,以仿真与电路实验相结合的方法,研究出了MOSFET栅极的"过"驱动技术,以此来提高MOSFET的开关速度。并结合多个MOSFET的串并联的级联技术,采用多管串联方法来提高脉冲源的输出脉冲幅度,采用多管并联方法来提高脉冲源的其输出脉冲功率,从而得到较大的脉冲宽度。在此研制出了输出脉冲幅度大于4kV、前沿小于10ns、脉冲宽度大于100ns的高压快脉冲源。     

Generation of a variable-width subnanosecond optical pulse

A novel technique for generating a single optical pulse using an electrooptic switch is demonstrated. The optical pulsewidth is unrelated to the width of the voltage pulse applied to the electro-optic switch. Pulsewidths continuously variable from 0.5 ns to 50 ns were obtained.     

基于频率补偿的窄脉冲量子级联激光器快速驱动技术

脉冲量子级联激光器(QCL)因自热效应会导致谱线展宽,故需极短的电流脉冲驱动。理论极限线宽所需的脉宽为5~15 ns,但由于环路寄生参数的影响,窄脉冲会引起信号过冲或振荡,因此目前商用的QCL驱动器无法满足这个要求。为获得更理想的激光器线宽,在常规脉冲恒流电路的基础上,采用频率补偿的方法来消除过冲和振荡,并设计了一款稳定的纳秒级激光器驱动电路。实验结果显示该驱动装置实现了峰值电流0~2 A、脉宽8.4~200 ns、上升时间4 ns、过冲1%的脉冲电流输出。使用中国科学院半导体研究所研制的波长4.6m激光器和傅里叶变换光谱仪进行测试,当驱动脉宽由100 ns减小到10 ns时,激光器线宽由0.35 cm-1线性递减到0.12 cm-1。综合验证表明,所设计的驱动装置实现了稳定的窄脉冲电流输出,尤其适用于量子级联激光器的窄线宽驱动及应用。     

二极管端面抽运千赫兹激光器

大功率千赫兹激光器作为雷达系统的核心部分之一,在大气科学的研究中显得极为重要。实现大功率千赫兹激光器的可行方式之一是采用主振荡功率放大器。为了获得窄脉宽、高光束质量的千赫兹主振荡器,采用二极管端面抽运的千赫兹电光调QNd:YAG激光器的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了重复频率1kHz、脉冲宽度5ns、单脉冲能量2.7mJ的1064nm激光输出,光光转换效率40%、光束质量M2=1.2。结果表明,该研究为1kHz,500W,10ns绿光主振荡功率放大器提供了合格的种子源。     

基于LDMOS的可调窄脉冲半导体激光器驱动源研究

介绍了一种利用横向双扩散金属氧化物半导体(LDMOS)作为开关器件驱动激光半导体的设计方法。通过对半导体激光器驱动电路原理的分析,并结合PSPICE建立射频功率晶体管的电路模型,经过理论分析和计算从而获得更优化的驱动电路;采用高速电流反馈型运算放大器构成电流串联负反馈电路从而得到稳定的输出电流,有效地提高了窄脉冲信号的转换速率和频响特性。实验结果表明,半导体激光器输出电流脉宽20 ns-CW可调,上升和下降时间小于10 ns,幅度最高可达2 A,重复频率为0~10 MHz。实验结果验证了设计思路的可行性,进一步提高了半导体激光器的输出指标。     

采用GaN HEMT的可调窄脉冲激光器驱动电路

为实现纳秒级的输出光脉宽,使用GaN HEMT作为激光器放电回路的开关管。由于GaN HMET的栅极总电荷小,提出使用小尺寸的GaN HEMT建立驱动电路的输入级,响应控制信号,控制放电回路开关管。搭建电路驱动860 nm激光器,并进行测试。放电回路电源电压为12 V,测试结果显示,最大输出光脉宽8.8 ns对应大于8 W的峰值功率,输出最小光脉宽为4 ns。为实现更大的脉宽可调范围,设计另一款电路并测试。该电路实现输出光脉宽大于8.4 ns可调,在电源电压20 V、输入信号脉宽100 ns的条件下,输出光峰值功率可达46 W。电路尺寸分别为10 mm×6 mm和13 mm×11 mm,为实现进一步小型化,对设计的电路提出了集成方法。提出的电路结构简单、容易实现集成且成本低,为窄脉冲激光器驱动电路的设计提供了新的思路。     

高光束质量窄脉宽激光器

最大测程作为评估测距性能的综合性指标,成为影响武器系统作战效能的重要因素。为了研制满足作战效能的远程激光测距系统的高光束质量窄脉冲宽度种子源,采用将传统高重频电光调Q 磷酸钛氧铷晶体应用于低重频调Q的方法,实现了重复频率25Hz、脉冲宽度1.8ns、单脉冲能量1.5mJ的输出,光束质量M2<1.3。结果表明,该研究为远程激光测距系统所需窄脉冲宽度1ns~3ns、大脉冲能量200mJ、高光束质量的1064nm无水冷全固态激光源提供了合格的种子源。这一结果对高光束质量窄脉冲宽度的激光器的设计是有帮助的。     

高重频可调小型高功率半导体激光电源研究

为了获得高功率、高重频半导体激光脉冲,设计了一种体积小、重量轻、造价低的纳米级大功率半导体激光器驱动电源。采用改进的单稳态触发器产生窄脉冲,经放大后驱动快速开关MOSFET获得大电流窄脉冲;电源脉冲电流驱动能力0A～80A,脉冲上升时间2.8ns,下降时间3.8ns,脉冲宽度5ns～500ns范围内可调,最小5.2ns,重复频率可达200kHz。用该电源实验测试了激光波长为905nm的半导体激光器,在重复频率为10kHz时,激光脉冲峰值功率达到70W以上。结果表明,采用窄脉冲驱动MOSFET可以得到高重复频率10ns以内的大电流窄脉冲,可以驱动大功率半导体激光器,若驱动100A以上的激光器需进一步研究。     

905nm InGaAs脉冲激光二极管驱动电流特性分析与测试

为了实现高功率905nm InGaAs脉冲激光二极管激光脉冲宽度和峰值功率可调,采用现场可编辑门阵列产生触发脉冲、集成模块EL7104C作为金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）驱动、以MOSFET为核心开关器件控制高压模块和储能电容之间充放电的方法,设计了脉冲激光二极管驱动电路,对驱动电流特性进行了理论分析和实验验证,取得了不同电容和高压条件下的电流脉宽和峰值数据,分析了具体变化关系,并以此进行了光谱和功率-电流特性测试。结果表明,影响驱动电流脉宽和峰值电流的关键因素是电容大小和充电高压,脉冲激光二极管驱动电流峰值在0A~40A、脉宽20ns~100ns时可控调节,脉冲激光二极管最大峰值功率输出可达40W,实现了脉冲式半导体激光器输出功率和脉冲宽度的可控调节。该设计与分析对近红外高功率脉冲激光器的可控驱动设计具有一定的实用参考意义。