Устройство стабилизации по мощности полупроводникового лазера Советский патент 1992 года по МПК H01S3/18 

VJ

О

Ю О

XJ

Изобретение отно;г;ся к импульсной техни и мохе сыть использовано, например, при г, острoetf.ui генераторов импульсов ст;-,у. |И ;а Т(-г;ого излучения со стабильной лмплятудо;.

Н.сль ; оГ:рр7 ия - погашение точности );-.: , МОЩНОСТИ е - ХОДНЫХ CCfiтопых импульсов пог.упропод ни косого лазера.

На фиг. 1 приведена стру-.гурнои . «лект- ричсская с. устройства: на фиг. 2 - структурна электрическая ,;ома двухкл- нальмого г.р-.юритет ною дискриминатора.

УстрОЙг.-fiiO Стабилизации ПО МОЩНОСТИ

полупГ Овс;, - коьо о содержит полу- прооодниксг.ый излучатель 1, оптический выход кото;5ого с оптическим эходом фэтоэг ;ктг,:;ч ского приемшиз 2. электрический гнллсд которого coe;u.OH с входом усилительного злумсптз 3. uuxo/д которого соединен с входом элемента 1 киборки и сравнения сигнала, onopntu i сход которого соединим с и.иной 5 источн/ка опорного нэпр:.л., л сыход -с входом упрзсления усил;п.;//:; о импульсов тоня, г-лсд которого соединен с шиной 7 запуска, п- рзый сумматор 8, пераий элемент 9 за/ -ржк-и, диухка- и льний приоритетны дискриминатор fO, nepifwf гход которого соединен с вы- х.одом первого элемента 9 З2дор чки, вто- рой УКОД - с выводом усилительного эяомок-rci 3, 5хпд Сброс - с тиной 7 запуска, устзяосс и .ый вход- с шиной 11 усга- noDKi) кгчл/ ипого кода: выход - с персмм входом и-р.::гс суг. -млтсра 8, еыход которого г г.ходол-5 Ш г;:/;;-я полулроьод- иииОБС-ro н. 1,. рторсй оход - с выходе:; ус:;/;.поля 6 ямпульсоз тока и входом первого .-чсмснтэ 9 зудср гки. выход которого сс-:-,ч-.-ме с входом стро-Знрооаниз эпсмситд f-.:Copi:ii и сравни :.)Я сигнала, Двухкл... пр,н1 тст;;ы д::скрим;;на- тср 10 г.-1д -: --.--:т старой :у-1.мотор 12. пор- ы-:й и г.тсрсЛ ; VHepC . счйт;;-кн 13 я 11 ; 1пульс з. ггг-.аый и :;тоооГ- триггеры 15 и 16, второй р::с- онт 17 задопжкн, перь ый и второй цнфг;с:.::плогсг;ые прйопразорагсли 18 и 19, г ыхтд из гстсрмл сордпнем coornoTcif-ej ,;.- с псрпым si вторым входами второго сум;-г-лтора 12, а сход .:;ого из них ссотсетстаснч.з - с с:.- ходо первого ч вто- рогорггерс: гв,ь;ых счегчилэа 13 и 14 импульсов, первый и второй сходы мерного

.1 рСП ЗНОГО С бТЧИКЙ 13 И .ТПупЬССО СООДИном С noptu-. M и вторь-м в:;ход-1ни парного i.:irrepa 15, nc;:;H,i:i i: г,тсрх : хол/м второго p..:jpC;:L.MOfQ C-.C T iM. 1-5 i:.-;ty- -COO . HOMf.l С , If- Г г-.r/V .-.-. -i wlOpOCO

триггер; 10, у. -гро.о соодпн м с выходом Ј;;.; ж л.- мснгл 17 .АКИ,

0

5 0 5 0 5 5 0

5

0

вход которого соединен с первым входом перпого триггера 15 и первым входом двух- к.анпль:;ого приоритетного дискриминатора 10, второй вход которого соединен со г.го- рым ьходом первого и второго триггеров 15 и 16. сход Сброс - с третьим сходом первого и нторого триггеров 1G и 16, установочный сход - с третьим входом первого и второго реверсишшх счетчиков 13 и 14 импульсов, выход - с выходом вторт. с,м- матора 12.

Уст;;;л,сгво p::5oiaeT следующим образом.

При подготовке устройства v работе на шину 11 установки начального кода подается импульс яаписи предварительно установленных кодов в счетчиках 13 и 14. при этом выходным напряжением UBUXQ приоритетного дискриминатора 10 задается ток постоянного смещения 0 через полупроводниковый излучатель 1. При поступлении импульса тока амплитуды I с выхода усилителя 6 на полупроводниковый излучатель 1 последний излучает световой импульс с задержкой t3 относительно токового импульса, определяемой из выражения

t3-rL;,ln{l/ l-(lnc4o)K(1) где Гсп - спонтанное время жизни неравно- вьсных носителей заряда в полупроводниковом излучателе.

1п°т пороговый ток полупроводникового излучателя при работе его ь стационарно. режиме.

Если задержка г импульса Строб (задержка в элементе S) относительно выходного импульса усилителя б тока выбрана такой, что Г 1з+ At (t - Ерсмл распространения оптического сигнала от излучателя 1 до приемника 2 в усилительном элементе 3). то сравнение выходного напряжения элемента 3 с установленным образцовым напряжением Uon О элементе А выборки и сравнения начинается в момент появления элсктри - еского сигнала на выходе усилительного элемента 3. При этом выходным сигналом элемента 4 осуществляется кор- ре тироска усиления в усилителе 6. Если из-за старения излучателя 1, температуры мл других факторов произойдет изменение излучательных характеристик его. то время прихода импульса на пторой вход дискриминатора 10 по отношению к импульсу на первом входе изменится, а на выходе дискриминатора 10 установится напряжение Л Uo, где Л И0 приращение пыходного напряжения дискриминатора, из.-леникп.чое постопнноо смещение In из- лу;-:)теля на соличину Л 0. В результате. за.ч /ржкг. генерации п излучателе ь пзменяется согласно (1) и разность времен прихода импульсов на входы дискриминатора 101т -(ts+ Л t)l уменьшится. Исходное состояние дискриминатора 10 восстанавливается следующим импульсом на входе Сброс, а напряжение на выходе дискриминатора 10 сохраняет значение ивыхо+ AUo- Описанный процесс продолжается до , пока не будет выполнено условие

Ar/. (t, + At)l Ar/2+Ato, (2) где A ri Дга - временное разрешение триггеров 15 и 16 (оно может быть достаточно высоким, например. (12-33) пс. Выполнение условия (2) означает попадание фронта импульса на выходе усилительного элемента 3 во временную область шириной Л to, в которой выходное напряжение двухканального приоритетного дискриминатора 10 ивых const. Так как At0 задается элементом 17 задержки с величиной задержки Д to между первыми входами триггеров 15 и 16. то легко реализуется значение Д lo Ат. Для получения напряжения на выходе дискриминатора 10 в установившемся режиме стабилизации Д to должно удовлетворять условию

Д t3l Д t0 Дг,(3) где Ata - изменение задержки стимулированного излучения в излучателе при изменении постоянного смещения 10 на величину шага дискретизации Д 10 преобразователей 18 и 19.

Значение j A t3l неизвестному 0 и Д 0 может быть получено из выражения

I - ( 1У - 1о )

А 1з ten 1П

. (4)

-08Т-1о-А1о)

Таким образом, из рассмотрения работы устройства видно, что подстройка постоянного смещения 0 полупроводникового излучателя с помощью двухканального приоритетного дискриминатора 10 позволяет стабилизировать момент начала стробиро- вания элемента 4 выборки и сравнения относительно импульса возбуждающего тока с точностью не хуже, чем Дг в условиях изменяющейся температуры окружающей среды и старения излучателя. Это в свою очередь обеспечивает стабильность формы, светового импульса на выходе системы. Кроме того, при возрастании (для определенности) поровогс тока (за счет изменения температуры, деградации и т.п.) падает амплитуда светсшых импульсов (в отсутствие системы стабилизации) и увеличивается задержка генерации ь. для уменьшения этих изменений требуется увеличение 10 как для компенсации изменения амплитуды, тик и

задержки. Поэтому подстройка постоянного смещения „ по временному положению светового импульса относительно импульса возбуждающего тока позволяет уменьшить динамический диапазон изменения выходных сигналов элемента 4 выборки и сравнения. Указанное обстоятельство позволяет повысить крутизну перестройки коэффициента усиления в усилителе 6 импульсов тока,

0 а следовательно, и точность поддержания амплитуды световых импульсов на выходе системы стабилизации на постоянном уровне. Кроме того, в установившемся режиме стабилизации напряжение на выходе двух5 канального приоритетного дискриминатора не изменяет своего значения от импульса к импульсу, так как переключение триггеров 15 и 16 происходит в противофазе, что устраняет периодическое изменение постоян0 ной составляющей 0 (а следовательно, и формы светового импульса) как в случае применения для системы стабилизации од- ноканального приоритетного дискриминатора.

5 Таким образом, комплексный учет зависимости параметров (амплитуды световых импульсов и задержки стимулированного излучения) от температуры и деградации излучателя позволяет достичь цели- повы0 шения точности поддержания стабильной мощности выходных световых импульсов полупроводникового излучателя в условиях изменяющейся температуры окружающей среды и деградации характеристик излуча5 теля.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я . 1. Устройство стабилизации по мощности полупроводникового лазера, содержащее полупроводниковый излучатель.

0 оптический выход которого связан с оптическим входом фотоэлектрического приемника, электрический выход которого соединен с входом усилительного элемента, выход которого соединен с входом элемента выбор5 ки и сравнения сигнала, опорный вход которого соединен с шиной источника опорного напряжения, а выход - с входом управления усилителя импульсов тока, вход которого соединен с шиной запуска, о т л и0 чающееся тем. что, с целью повышения точности поддержания мощности выходных световых импульсов, в него введены первый сумматор, первый элемент задержки, двух- канальный приоритетный дискриминатор,

5 первый вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, второй вход - с выходом усилительного элемента, вход Сброс - с шиной запуска, установочный вход - с шиной установки начального кода, выход - с первым входом первого суммятоpa, выход которого соединен с входом питания полупрооодяикоссго излучателя, второй ex.од - с выходом усилителя импульсоо тока и иходом первого элемента задержки, оыход которого соединен с сходом cvpo5n- рования элементе выборки и сраоиекия сигнала..

.. i . 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем. что двухкзна льный приоритетный дискриминатор содержит второй суммзтор. первый и второй реверсивные счетчики импульсов, первый и второй триггеры, второй элемент задержки, первой и второй цифро- аналоговые преобразователи, выход кэждо- го из которых соединен соответственно с первым и вторым входами второго сумматора, а входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго

реперсивных счетчикоо импульсов, при этом первый и второй оходы первого реверсивного счетчика импульсоы соединены соответственно с первым и вторым выходами первого триггера, первый и второй входы второго ресерсишгого счетчика импульсов соединены с периим и вторым выходами второго триггера, пероый вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, вход которого соединен с первым сходом первого триггера и первым входом двухканального приоритетного дискриминатора, второй вход которого соединен с вторыми входами первого и второго тршге- ров, вход Сброс - с третьими входами первого и второго триггеров, установочный вход - с третьими входами перпого и второго реверсивных счетчиков импульсов, а выход - с выходом второго сумматора.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при построении генераторов импульсов стимулированного излучения со стабильной амплитудой. Целью изобретения является повышение точности поддержания мощности выходных световых импульсов полупроводникового лазера. Устройство содержит полупроводниковый излучатель 1, фотоэлектрический приемник 2, усилительный элемент 3. элемент 4 выборки и сравнения, шину 5, усилитель 6 импульсов тока, шину 7 запуска, сумматор 8, элемент 9 задержки, дискриминатор 10, шину 11 запуска. Изобретение позволяет повысить точность поддержания стабильной мощности выходных световых импульсов полупроводникового излучателя в условиях изменяющейся температуры окружающей среды и деградации характеристик излучателя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Г канал