專利名稱：連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊，其將驅(qū)動電路板和半導(dǎo)體激光器管芯集成封裝到一個模塊里。
背景技術(shù)：
脈沖式半導(dǎo)體激光器有著廣泛的應(yīng)用，例如激光測距，激光雷達，泵
浦固體激光器，脈沖多普勒成像，3D圖像系統(tǒng)，光纖測溫傳感器等。而高峰值功率、窄脈寬、快的上升沿可以提高傳感器的分辨率。
但是隨著電流脈沖變窄，脈沖信號的能量分布將向高頻段轉(zhuǎn)移。高頻信號相對于低頻信號更容易被寄生元件所消耗掉。這樣隨著脈寬越窄，信號能量耦合進入激光器管芯有源區(qū)的比例越小，即電能轉(zhuǎn)化成光能的比例就越小，從而隨著脈沖變窄激光輸出功率會隨之變小，且波形會因為寄生元件的存在而劣化。
實際應(yīng)用中通常采用在驅(qū)動電路板上焊接封裝好的激光器這種方式。但是由于這種方式電路板尺寸通常較大，且激光器管芯是通過激光器封裝的管殼和電路板連接，從而帶來明顯的寄生效應(yīng)。
為得到高峰值功率和良好波形的激光輸出，需要盡量減小寄生效應(yīng)帶來的影響。因此將驅(qū)動放大電路和窄脈沖形成電路與激光器管芯集成在一起，這樣對得到理想的電路的參數(shù)和理想的光波形輸出，減少噪聲干擾，提高整體可靠性都有很大好處。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊，以減小寄生效應(yīng)帶來的影響，得到高峰值功率和良好波形的激光輸出，提高半導(dǎo)體激光器整體的可靠性。
(二) 技術(shù)方案
為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊，該激光器模塊由驅(qū)動電路、半導(dǎo)體激光器和管殼構(gòu)成，該驅(qū)動電路驅(qū)動該半導(dǎo)體激光器發(fā)光，且該驅(qū)動電路和該半導(dǎo)體激光器被封裝在側(cè)面至少具有一光窗的管殼內(nèi)。
上述方案中，該半導(dǎo)體激光器以多列直插式或單列直插式設(shè)置在該管殼內(nèi)。
上述方案中，該驅(qū)動電路由方波發(fā)生器、脈沖整形電路和功率放大電路構(gòu)成，方波發(fā)生器輸出一定頻率的方波至脈沖整形電路，脈沖整形電路輸出窄脈沖至功率放大電路；該脈沖整形電路和功率放大電路采用裸芯片緊密連接到一起，以減小因走線過長而帶來的信號能量損失和波形的劣化。
上述方案中，該方波發(fā)生器具有第一可調(diào)電阻R2，通過調(diào)節(jié)該第一可調(diào)電阻R2來調(diào)節(jié)輸出脈沖頻率；該脈沖整形電路具有第二可調(diào)電阻R3 ，通過調(diào)節(jié)該第二可調(diào)電阻R3來調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度。
上述方案中，該脈沖整形電路至少具有一高速mos驅(qū)動器，該功率放大電路至少具有一高速低內(nèi)阻mos管。
上述方案中，該管殼由腔體和底座構(gòu)成，腔體與底座焊接成具有氣密性的整體。
上述方案中，該底座與半導(dǎo)體激光器的熱沉連成一體，實現(xiàn)該激光模塊良好的散熱特性。
上述方案中，該半導(dǎo)體激光器模塊具有多個引腳。該些引腳中，至少包括一引腳外接電阻以調(diào)節(jié)脈沖頻率或脈沖寬度。該些引腳中，至少包括一電源引腳， 一接地引腳和一備用引腳。
(三) 有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果
1、本發(fā)明提供的這種連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊，將驅(qū)動電路和激光器封裝在一個模塊里提高了集成度，實現(xiàn)了小型化，保證了可靠性。
2、 本發(fā)明提供的這種連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊，電路上產(chǎn)生窄脈沖的部分采用裸芯片緊密連接，實現(xiàn)了窄脈沖的高效、不失真的傳輸，并使得電路板小型化成為可能。
3、 本發(fā)明提供的這種連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊，采用外接可調(diào)電阻的方式實現(xiàn)了脈沖頻率，脈沖寬度和脈沖幅度連續(xù)可調(diào)，方便應(yīng)用，增加了易用性。
4、 本發(fā)明提供的這種連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊，由于窄脈寬下功率會損失在電路連接上并且使波形劣化，相對與封裝好的激光器和驅(qū)動電路板分離的工作方式，激光器模塊可以大的輸出功率和良好的輸出光波形。
5、 本發(fā)明提供的這種連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊，運
用一種高速低內(nèi)阻的mos管，實現(xiàn)了具有陡上升沿，窄脈沖的輸出，由于
其低內(nèi)阻使得電信號能量主要加載到了激光器管芯，提高了激光器輸出功率。
6、 本發(fā)明提供的這種連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊，管殼再用了腔體加底座的方式，使得電路板和激光器管芯可以方便的連接到底座上，再采用儲能焊接的方式，將腔體和底座焊接成一體。這使得激光器模塊具有很高的氣密性，保證了可靠性。
7、 本發(fā)明提供的這種連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊，采用雙列直插式的引腳排練方式，有利于系統(tǒng)實際應(yīng)用中和外圍電路板、機殼方便的連接、定位。
8、 本發(fā)明提供的這種連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊，采用側(cè)面開光窗的方式，方便實際應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明提供的半導(dǎo)體激光器模塊的電路原理圖；圖2是本發(fā)明提供的激光器模塊實物的示意圖；圖3是本發(fā)明提供的激光器模塊管殼腔體的示意圖；圖4是本發(fā)明提供的激光器模塊管殼底座的示意圖；圖5是本發(fā)明提供的管腳標號主要元件符號說明21激光器管芯列陣22阻容貼片元件
23電路板基板24管座25安裝孔26管腳
27高速低內(nèi)阻mos管(芯片)
28高速mos驅(qū)動器(芯片)
29 555貼片芯片
31光窗
41熱沉
42安裝孔
43管腳
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
如圖1所示，虛線框里的11為方波發(fā)生器，12為脈沖整形放大電路，13為脈沖功率放大電路部分，14為激光器管芯部分。
方波發(fā)生器11為基于555集成電路chipl的方波產(chǎn)生電路，其頻率和占空比可調(diào)，實際電路板中Rl取一固定值，R2外接電阻可調(diào)，R2外接電阻為管殼管腳4和6，管腳分布如圖4所示。
脈沖整形放大電路12為基于高速mos驅(qū)動器的脈沖整形放大電路，由方波發(fā)生器11產(chǎn)生的方波經(jīng)過雙路高速mos驅(qū)動器(如TPS2812)chip2中的一路，將方波發(fā)生器11產(chǎn)生的方波上升沿變陡，然后經(jīng)過RC微分后再輸入到chip2的另外一路可以得到最窄至30ns脈沖波形。其中脈沖的寬度靠RC微分電路中電阻R3和電容C3的取值來定，實際電路中電阻R3 外接可調(diào)，其外接管腳為管腳2和3。
脈沖功率放大電路13為基于高速低內(nèi)阻mos開關(guān)管(如IRF7495) 和儲能電容的脈沖功率放大電路。工作時電容被充電到Hv， Hv取值為0 到100V，最大電壓受mos管chip3的最大工作電壓限制。當由脈沖整形 放大電路12產(chǎn)生的觸發(fā)窄脈沖到來的時候mos管導(dǎo)通，電容通過mos管 和激光器形成放電回路，從而在激光器上產(chǎn)生一個大電流窄脈沖。
如圖2是本發(fā)明提供的激光器模塊實物的示意圖。該激光器模塊由驅(qū) 動電路、半導(dǎo)體激光器和管殼構(gòu)成，該驅(qū)動電路驅(qū)動該半導(dǎo)體激光器發(fā)光， 且該驅(qū)動電路和該半導(dǎo)體激光器被封裝在側(cè)面至少具有一光窗的管殼內(nèi)。 該半導(dǎo)體激光器以多列直插式或單列直插式設(shè)置在該管殼內(nèi)。該驅(qū)動電路 由方波發(fā)生器、脈沖整形電路和功率放大電路構(gòu)成(如附圖1所示)，方 波發(fā)生器11輸出一定頻率的方波至脈沖整形電路12中，即chipl的引腳 3連接到chip2的引腳2，脈沖整形電路12輸出窄脈沖至功率放大電路13， 即chip2的引腳5連接至chip3的引腳4。該脈沖整形電路和功率放大電路 采用裸芯片緊密連接到一起，以減小因走線過長而帶來的信號能量損失和 波形的劣化。
該方波發(fā)生器具有第一可調(diào)電阻R2，通過調(diào)節(jié)該第一可調(diào)電阻R2來 調(diào)節(jié)輸出脈沖頻率；該脈沖整形電路具有第二可調(diào)電阻R3，通過調(diào)節(jié)該 第二可調(diào)電阻R3來調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度。該脈沖整形電路至少具有一高速 mos驅(qū)動器，該功率放大電路至少具有一高速低內(nèi)阻mos管。
圖3和圖4是激光器模塊管殼示意圖。模塊采用腔體30加底座40的 方式實現(xiàn)。該管殼由腔體和底座構(gòu)成，腔體與底座焊接成具有氣密性的整 體。該底座與半導(dǎo)體激光器的熱沉連成一體，實現(xiàn)該激光模塊良好的散熱 特性。其中激光器管芯放置于熱沉上，熱沉的高度4mm，使得激光器管芯 放置于熱沉上后，激光器管芯位于光窗的中心。光窗直徑5mm。
電路基板通過和管殼管腳焊接固定在管殼上并實現(xiàn)電氣連接。兩排管 腳間距7mm，同排兩個管腳間距5mm。管殼尺寸為21xl3xl2mm3。該半 導(dǎo)體激光器模塊具有多個引腳。該些引腳中，至少包括一引腳外接電阻以 調(diào)節(jié)脈沖頻率或脈沖寬度，至少包括一電源引腳， 一接地引腳和一備用引腳。
電路基板上焊接有原理圖中所標識的裸芯片chip2， diip3和貼片集成 電路chipl，以及其他貼片阻容元件。電路板正反面均有元件。 管腳標號圖如圖5，其各個管腳定義如下
1 Hv電源端(0 +100V)
2 外接可調(diào)電阻R3
3 外接可調(diào)電阻R3
4 外接可調(diào)電阻R2
5 外接可調(diào)電阻R2
6 懸空
7 +15V
8 GND
利用該實施例得到
1、 驅(qū)動電路的性能參數(shù)為
(1) 脈沖寬度最窄為30ns，連續(xù)可調(diào)；
(2) 脈沖重復(fù)頻率為100HZ 100KHZ;
(3) 在1歐姆電阻上脈沖電流0-70A可調(diào)；
2、 激光器模塊性能參數(shù)為
(1) lOKHz重復(fù)頻率，50V供電電壓下，脈沖寬度為100ns時， 峰值光功率達到120W;
(2) 光脈沖上升沿為30ns;
(3) 激光中心波長870nm，半寬10nm。 雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例及該實施例得到的技術(shù)參數(shù)公開如上，然
其并非用以限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍 內(nèi)，可以對本發(fā)明公開的發(fā)明內(nèi)容部分的各組特征進行任意組合，以得到 符合實際應(yīng)用的更多的實施例。本發(fā)明的保護范圍當視權(quán)利要求書所界定 的范圍為準。
權(quán)利要求
1、一種連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊，其特征在于，該激光器模塊由驅(qū)動電路、半導(dǎo)體激光器和管殼構(gòu)成，該驅(qū)動電路驅(qū)動該半導(dǎo)體激光器發(fā)光，且該驅(qū)動電路和該半導(dǎo)體激光器被封裝在側(cè)面至少具有一光窗的管殼內(nèi)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊，其特征在于，該半導(dǎo)體激光器以多列直插式或單列直插式設(shè)置在該管殼 內(nèi)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器 模塊，其特征在于，該驅(qū)動電路由方波發(fā)生器、脈沖整形電路和功率放大 電路構(gòu)成，方波發(fā)生器輸出一定頻率的方波至脈沖整形電路，脈沖整形電 路輸出窄脈沖至功率放大電路；該脈沖整形電路和功率放大電路采用裸芯 片緊密連接到一起，以減小因走線過長而帶來的信號能量損失和波形的劣 化。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊， 其特征在于，該方波發(fā)生器具有第一可調(diào)電阻R2，通過調(diào)節(jié)該第一可調(diào) 電阻R2來調(diào)節(jié)輸出脈沖頻率；該脈沖整形電路具有第二可調(diào)電阻R3，通 過調(diào)節(jié)該第二可調(diào)電阻R3來調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊， 其特征在于，該脈沖整形電路至少具有一高速mos驅(qū)動器，該功率放大電 路至少具有一高速低內(nèi)阻mos管。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊， 其特征在于，該管殼由腔體和底座構(gòu)成，腔體與底座焊接成具有氣密性的 整體。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊， 其特征在于，該底座與半導(dǎo)體激光器的熱沉連成一體，實現(xiàn)該激光模塊良 好的散熱特性。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊， 其特征在于，該半導(dǎo)體激光器模塊具有多個引腳。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊，其特征在于，該些引腳中，至少包括一引腳外接電阻以調(diào)節(jié)脈沖頻率或脈沖寬度。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊，其特征在于，該些引腳中，至少包括一電源引腳， 一接地引腳和一備用引腳。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連續(xù)可調(diào)納秒級窄脈沖半導(dǎo)體激光器模塊，該激光器模塊由驅(qū)動電路、半導(dǎo)體激光器和管殼構(gòu)成，該驅(qū)動電路驅(qū)動該半導(dǎo)體激光器發(fā)光，且該驅(qū)動電路和該半導(dǎo)體激光器被封裝在側(cè)面至少具有一光窗的管殼內(nèi)。利用本發(fā)明，減小了寄生效應(yīng)帶來的影響，得到了高峰值功率和良好波形的激光輸出，提高了半導(dǎo)體激光器整體的可靠性。
文檔編號H01S5/026GK101640373SQ20081011749
公開日2010年2月3日 申請日期2008年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月31日
發(fā)明者任巖峰, 吳鐵中, 趙柏秦, 陳彥超, 海 韓 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所