驱动电源特 性的办法主要有窄脉冲叠加直流偏置、储能元件的使用、高速开关的级联或阵列、可编程逻辑器材的使用以及器材的选型与布局立异等办法。
前期,研究人员经过窄脉冲叠加直流偏置的增益开关办法取得了超短脉冲。1997 年,天津大学的黄超等人[20]经过增益开关的办法发生了超短光脉冲,该体系输出的光脉冲宽度到达了 ps 等级, 但体系过于杂乱,输出功率较低。2000 年,吉林大学的孙伟等人[21]选用窄电流脉冲叠加在直流偏置的增益开关办法使半导体激光器发生皮秒脉冲,经过增大微波功率的办法取得更窄的脉冲,但功耗较高。
关于特定的电脉冲,激光器存在一最佳的直流偏置,若低于此偏置,激光器输出功率下降、脉宽变宽;若高于此偏置,因为弛豫振动的影响,光脉冲会呈现系列子脉冲,导致激光器输出光脉冲失线]。由此可见,窄脉冲叠加直流偏置法虽然能取得 ps 等级的超短脉冲,但需要在最佳偏置电流情况下才可以取得优秀特性的光脉冲,有必定的局限性,且功耗高、输出功率低以及体系杂乱等问题约束了其开展。
1992 年,重庆大学的刘等人[23]采 用 NPN-PNP互补隔离法将场效应管的脉冲触发信号压窄,并选取合理的电容容值,依据电容快充/放电原理,使激光器输出脉冲光,该驱动电路能得到脉宽为 50 ns、0~20 A 接连可调的驱动电流。2011 年,苏州大学的陈祚海等人[24]选用高频晶体管作为快速开关,选用电容和电感作为储能电路, 电容贮存能量为 LD 受激输出光脉冲,其调制频率为 52 MHz、脉冲占空比小于 12.5%,输出光功率为 15 mW。
尔后,研究人员经过结合直流偏置的办法,对上述技能进行了改善。2011 年,我国科学院上海光学精密机械研究所的杨燕等人[25]选用高速 CMOS 触发脉冲驱动金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET),经过操控 MOSFET 的导通关断和电容充电放电发生快速的电压跳变,LD 受激输出脉冲光, 其驱动电路主回路如图 4 所示。操控电源 V1、电容和限流电阻的值即可操控脉冲的脉宽与峰值电流。驱动电路中电源 V2 用来供给偏置电流,经过改动偏置电流值到达滑润激光脉冲波形的意图。该驱动电路能得到脉宽为 2.2~4.9 ns、重复频率为 0~50 kHz 和峰值电 流为 0~72 A 的电 脉冲。因而,经过合理地挑选储能元件,能有用提高半导体激光器驱动电路的输出功率,但缺陷是脉冲宽度无法接连可调,该驱动电路的电源 V1 需几百伏,功耗高。
研究人员采纳高速开关级联或阵列的办法,有用处理了上述储能元件虽能输出大功率但脉宽不可调的问题。
2005 年,天津工业大学的朱娜等人[26]依据晶体管的雪崩效应,经过两级雪晶体管阵列,取得了脉宽为7 ns、峰值电流为 6 A 的大电流窄脉冲,但此办法的供电电源电压需到达上百伏,功耗大的缺陷约束了其开展使用。在此基础上,天津工业大学的刘旭升等人[3]对此行了改善, 经过选用多个雪崩晶体管级联的办法,取得了半峰全宽为 1.51 ns、峰值电流为 12.5 A 和重复频率为 100 kHz 的大 电流窄脉冲, 但供电电源 选用400 V 高压直流电源,任旧存在功耗大的问题。
2008 年,我国科学院的张寿棋等人[27]研发了脉宽为 10 ns、峰值电流为 20 A 和重复频率为 1 MHz 的接连可调脉冲, 该驱动电路经过双晶体管构成推挽输出,构成常开常闭门对管驱动高速 MOSFET,有用提高了带负载才能,其供电电源电压只需 30 V,处理了大电压、大功耗的问题。为了取得更低功耗的驱动电路,2009 年,NISSINEN J 等人[28]提出了一种 CMOS 电流脉冲 发 生器,其电路结构图如图 5 所示,该发生器选用0.35 μm 的 CMOS 工艺, 由 4 个平行的 n 型金属氧化物半导体晶体管组成,经过缩放驱动缓冲链完成快速切换,取得了脉冲峰值为 1 A、上升时间小于 1 ns 和脉冲宽度为 2.5 ns 的高速电流脉冲。这些步进式操控信号 和简略的脉冲整型技能的供电电压低至 5 V,功耗极低。
为完成脉宽更窄的光脉冲。2010 年,我国电子科技集团公司第三十四研究所的辛耀平等人[29]将恣意波形发生器作为脉冲信号发生源,电路上使用单极差分放大器、源极跟从器和高速电流开关,研发了脉宽小于 2 ns、 峰值输出功率 mW 级的高速脉冲激光器。其间,高速电流开关由 4 个双极型三极管与 1 个场效应管组成,经过双极型三极管发生的负电容能近似中和与其级联的三极管的密勒电容, 提高了其频率特性,极大缩短了开关时间。可是,电路级联场效应晶体管(FET)数量往往存在约束。2014 年,我国科学院西安光学精密机械研究所的林平等人[30]突破了这一技能难题,将 33 路 GaAs FET 级联规划成整形电脉冲发生电路,用电脉冲直接驱动半导体激光器,可发生脉宽为10 ns、时域调理精度为 330 ps 的恣意形状整形激光脉冲。同年,为了完成更大电流的输出,北京大学的陈彦超等人[31]以 MOSFET 为开关器材,将雪崩晶体管作为驱动器,规划了大电流窄脉冲的半导体激光器驱动电路,该电路经过将多个晶体管构成的脉冲发生单元并联,满意了大电流的要求,其间预触发的规划处理了上述并联办法带来的脉宽宽度问题;该驱动电路在供电电压为 195 V 条件下,能发生脉宽为 8.6 ns、脉冲幅值 为 124 A 的 脉 冲 电 流。针 对 上 述 大 电 压 的 问 题,2019 年,我国科学院的 WEN S 等 人[32]提出了将 雪崩晶体管作为预开关器材的办法, 有用提高了输出功率、减小了脉冲宽度和上升沿,该驱动器完成了小电压供电、大功率输出的功用。