Многоканальный формирователь излучения инжекционных полупроводниковых лазеров

 

Изобретение относится к устройствам систем наведения и может быть использовано, в частности, в медицинских приборах. Устройство содержит задающий генератор частоты излучения лазера, термодатчик и последовательно соединенные усилитель импульсов и выходной усилитель, зарядный конденсатор и лазер, а также вновь введенные, последовательно соединенные формирователь напряжения, суммирующий усилитель с регулируемым коэффициентом усиления и управляемый задатчик импульсов накачки лазера, соединенные между собой соответствующим образом, что позволяет расширить функциональные возможности устройства при одновременном его упрощении. 2 ил.

Изобретение относится к элементам систем наведения ракет, в частности к оптическим формирователям лазерного излучения, использующим полупроводниковые инжекционные лазеры в передатчиках (прожекторах) со ступенчатым переключением полей зрения. Изобретение может использоваться также в народном хозяйстве, например в медицинских приборах.

При разработке малогабаритных оптических передатчиков для систем наведения ракет необходимо выполнять жесткие требования по обеспечению максимальной излучаемой мощности лазера стабильной в широком диапазоне условий эксплуатации, в том числе изменения температуры окружающей среды, с одновременным обеспечением минимальных габаритов и энергопотребления. Известно [1], что стабилизация излучаемой мощности достигается путем изменения амплитудного значения тока накачки лазера в соответствии с изменением температуры окружающей среды.

Наиболее часто применяемые варианты стабилизации уровня излучаемой мощности сводятся к двум методам: - независимой регулировке тока накачки по априорной информации изменения порогового тока лазера; - автоматической стабилизации уровня выходной мощности за счет введения оптической обратной связи.

Метод стабилизации выходной мощности лазера за счет введения оптической обратной связи более сложен в реализации и практически неприемлем в малогабаритных оптических передатчиках.

Известно техническое решение, использующее метод независимой регулировки тока накачки по априорной информации изменения порога генерации полупроводникового лазера. Данное устройство выбрано в качестве прототипа.

Устройство представляет собой тиристорный генератор для накачки инжекционных лазеров в интервале рабочих температур [2]. Оно включает в себя регулируемый стабилизатор напряжения, задающий генератор частоты повторения импульсов, усилитель импульсов, усилитель импульсов с регулируемой амплитудой, тиристорный модулятор, инжекционный лазер.

Устройство работает следующим образом. Задающий генератор вырабатывает импульсы частоты излучения лазера, которые поступают на усилитель импульсов и далее на усилитель импульсов с регулируемой амплитудой. Выходные импульсы усилителя с амплитудой, пропорциональной напряжению его питания, заряжают зарядные конденсаторы тиристорного модулятора. При включении тиристора зарядные конденсаторы разряжаются через тиристор и первичную обмотку трансформатора.

На нагрузке (лазере), включенной во вторичную обмотку, формируется импульс тока. Амплитуда импульсов тока через лазер регулируется изменением напряжения на зарядных конденсаторах в зависимости от температуры окружающей среды. Необходимое изменение напряжения питания усилителя обеспечивается стабилизатором, выходное напряжение которого регулируется термозависимым делителем опорного напряжения.

Недостаток прототипа заключается в следующем. При использовании известного устройства в многоканальных оптических передатчиках со ступенчатым переключением полей зрения для формирования излучения лазеров каждого поля необходимо использовать в каждом поле свой формирователь излучения лазеров. Учитывая сложность известного устройства, наличие в нем большого количества намоточных изделий, созданное многоканальное устройство на базе известного устройства будет сложным, габаритным, нетехнологичным, что неприемлемо для малогабаритных систем наведения.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей при одновременном упрощении устройства.

Данная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее задающий генератор частоты излучения лазера, термодатчик и последовательно соединенные усилитель импульсов и выходной усилитель, а также зарядный конденсатор и лазер, введены последовательно соединенные формирователь напряжения, суммирующий усилитель с регулируемым коэффициентом усиления и управляемый задатчик импульсов накачки лазера, выход которого подключен к усилителю импульсов, второй вход суммирующего усилителя с регулируемым коэффициентом усиления - к выходу термодатчика, а остальные n входов через первую управляющую схему подключены к выходам задатчика каналов, формирователь управляющих импульсов, выход которого через вторую управляющую схему подключен к второму входу управляемого задатчика импульсов накачки лазера, а вход - к выходу задающего генератора частоты излучения лазера, кроме того, n идентичных каналов, входы которых подключены к выходу выходного усилителя, соединенному с первым полюсом источника зарядного тока, и представляющих собой каждый последовательно соединенные зарядный конденсатор, лазер, зарядный диод и управляющий ключ, управляющий вход которого подключен к соответствующему выходу задатчика каналов и разрядный диод первый вывод которого подключен к точке соединения лазера и зарядного диода, а второй вывод разрядного диода, второй выход управляющего ключа и второй полюс источника зарядного тока соединены с общей точкой выходного усилителя.

На фиг.1 изображена функциональная блок-схема многоканального формирователя излучения инжекционных полупроводниковых лазеров.

Функциональная блок-схема содержит термодатчик 1, суммирующий усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 2, формирователь напряжения 3, первую управляющую схему 4, задатчик каналов 5, управляемый задатчик импульсов накачки лазера 6, задающий генератор частоты излучения лазера 7, формирователь управляющих импульсов 8, вторую управляющую схему 9, усилитель импульсов 10, выходной усилитель 11, зарядный конденсатор 12, источник зарядного тока 13, лазер 14, зарядный диод 15, управляющий ключ 16, разрядный диод 17.

Формирователь работает следующим образом. Выходное напряжение термодатчика 1, пропорциональное температуре окружающей среды U(t^o), поступает на неинвертирующий вход суммирующего усилителя 2. На его инвертирующий вход поступает напряжение U₀ с формирователя напряжения 3.

Формирователь 3 выполнен, например, на базе стабилитрона, формирующего требуемый уровень напряжения на суммирующий усилитель. К инвертирующему входу суммирующего усилителя подключены также n выходов управляющей схемы 4. Схема 4 выполнена, например, в виде n логических элементов 2 И-НЕ с открытым коллектором, нагрузками которых являются переменные резисторы, подключенные к инвертирующему входу суммирующего усилителя. Число логических элементов равно числу переключаемых каналов (полей зрения) устройства. Управление логическими элементами схемы 4 осуществляется задатчиком каналов 5. Задатчик каналов выполнен, например, в виде известного в технике программного устройства, формирующего сигналы на включение требуемого канала по заданному закону. Регулировка коэффициента усиления, а, следовательно, и выходного напряжения суммирующего усилителя осуществляется переменными резисторами независимо в каждом канале. Выходное напряжение суммирующего усилителя содержит постоянную составляющую формирователя 3 и изменяющуюся пропорционально изменению температуры составляющую термодатчика 1. Напряжение с выхода суммирующего усилителя поступает на управляемый задатчик импульсов накачки лазера 6. Частота импульсов накачки задается генератором 7.

Формирователь управляющих импульсов 8 по сигналам задающего генератора вырабатывает короткие импульсы, поступающие на управляющую схему 9. Управляющая схема на время действия импульсов формирователя переводит задатчик импульсов в режим формирования импульсов накачки лазера. Управляемый задатчик вырабатывает импульсы накачки лазеров, амплитуда которых изменяется от температуры в соответствии с изменением выходного напряжения суммирующего усилителя по закону изменения порогового тока лазера, а длительность определяется параметрами задающей цепи.

На фиг.2 приведен пример реализации управляющей схемы 9, задатчика импульсов 6 и усилителя импульсов 10.

Сформированные управляемым задатчиком импульсы поступают на усилитель импульсов 10 и далее на выходной усилитель 11. Усилители 10 и 11 работают в линейном режиме, поэтому амплитуда импульсов тока через лазер пропорциональна амплитуде импульсов на входе выходного усилителя. В паузах между импульсами усилители закрыты и открываются только в момент прихода импульсов накачки с управляемого задатчика. В этих паузах происходит заряд конденсатора 12 по цепи: источник зарядного тока 13, зарядный конденсатор 12, лазер 14, зарядный диод 15, управляющий ключ 16 и второй полюс источника зарядного тока. В момент прихода импульса накачки выходной усилитель открывается и конденсатор быстро разряжается по цепи: зарядный конденсатор 12, выходной усилитель 11, разрядный диод 17, лазер 14, вторая обкладка зарядного конденсатора. В результате разряда конденсатора через лазер протекает импульс тока, пропорциональный амплитуде сигнала с управляемого задатчика. Длительность импульса тока через лазер практически равна длительности импульса накачки. Зарядные и разрядные цепи устройства независимы и замыкаются соответственно через зарядные и разрядные диоды. Выбор рабочего канала осуществляется задатчиком каналов 5 путем открывания соответствующего управляющего ключа. Таким образом, заявляемый многоканальный формирователь позволяет расширить функциональные возможности устройства при одновременном его упрощении и повышении технологичности устройства.

Источники информации.

1. Легкий В.Н., Мищенко И.Д., Галун Б.В. Малогабаритные генераторы накачки полупроводниковых лазеров. Томск, Радио и связь, 1990.

2. Галун Б.В. Тиристорный генератор накачки инжекционных лазеров в интервале рабочих температур. - Оптико-механическая промышленность, 1978, N1, с. 44-47.

Формула изобретения

Многоканальный формирователь излучения инжекционных полупроводниковых лазеров, содержащий задающий генератор частоты излучения лазера, термодатчик и последовательно соединенные усилитель импульсов и выходной усилитель, а также зарядный конденсатор и лазер, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные формирователь напряжения, суммирующий усилитель с регулируемым коэффициентом усиления и управляемый задатчик импульсов накачки лазера, выход которого подключен к усилителю импульсов, второй вход суммирующего усилителя с регулируемым коэффициентом усиления - к выходу термодатчика, а остальные n входов через первую управляющую схему, регулирующую коэффициент усиления независимо в каждом канале, подключены к выходам задатчика каналов, формирователь управляющих импульсов, выход которого подключен к второму входу управляемого задатчика импульсов накачки лазера через вторую управляющую схему, переводящую указанный управляемый задатчик в режим формирования импульсов накачки, а вход - к выходу задающего генератора частоты излучения лазера, кроме того, n идентичных каналов, каждый из которых представляет собой последовательно соединенные зарядный конденсатор, лазер, зарядный диод и управляющий ключ, при этом входы n идентичных каналов подключены к выходу выходного усилителя, соединенному с первым полюсом источника зарядного тока, управляющий вход управляющего ключа подключен к соответствующему выходу задатчика каналов, и разрядный диод, первый вывод которого подключен к точке соединения лазера и зарядного диода, а второй вывод разрядного диода, второй выход управляющего ключа и второй полюс источника зарядного тока соединены с общей точкой выходного усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 13-2003

(73) Патентообладатель:ФГУП "Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроения" (RU)

Договор № 15841 зарегистрирован 08.01.2003

Извещение опубликовано: 10.05.2003        

---