一种可调参量的脉冲激光光源

1.本实用新型涉及光学、仪器仪表、电子技术、生物医学工程等领域，具体涉及一种多参量可调节的脉冲激光光源。


背景技术：

2.在光调控生物活动的研究和技术应用中，需用不同参量的光信号实施有效的干预调控。例如，用微秒脉宽的可见光或近红外脉冲光可调控天然神经组织传导活动；在光遗传技术应用中，会用到转基因光敏蛋白(如：chr2)对应的脉冲光来实施某种调控或示踪。由于使用场合和目的不同，所需脉冲光的参量常有差异，甚至有较大差异，但是目前没有满足需求的脉冲激光光源系统。


技术实现要素：

3.本实用新型针对上述问题，提供了一种多参量可调节的脉冲激光光源系统，利用多种可调参的电路功能模块驱动光源种子产生可调参量的光脉冲，采用能量控制模块控制光脉冲的光强，实现了对输出脉冲光的多参量精准调节。
4.本实用新型采用的技术方案如下：
5.本实用新型公开了一种可调脉冲光参量的激光光源系统，包括：半导体激光器驱动电路模块、半导体激光器、微处理器、能量强度控制模块、定时控制模块、温度控制模块、电源模块和信号波形控制模块，
6.微处理器与能量强度控制模块、定时控制模块、温度控制模块、信号波形控制模块相连；半导体激光器驱动电路模块的三个输入端分别连接信号波形控制模块、能量强度控制模块、定时控制模块的输出端；半导体激光器驱动电路模块的输出端连接半导体激光器，并引出至激光器驱动信号监测端，所述的电源模块分别为半导体激光器驱动电路模块、微处理器、温度控制模块、能量强度控制模块、信号波形控制模块、定时控制模块提供相应供电。
7.本实用新型产生的有益效果如下：
8.本实用新型提供了一种可广泛用于光调控生物组织活动的多参量可调脉冲激光光源，通过调节与微处理器连接的脉宽设置端、重复率设置端、占空比设置端、光强设置端和定时设置端的旋钮、进而通过微处理器调控能量强度控制模块和定时控制模块的工作，可以对产生激光的脉宽、占空比、重复率、光强等参量均可在一定范围任意精确调节。
附图说明
9.图1为本实用新型多参量可调脉冲光源系统结构框图。
10.图2为微处理器模块与其它模块的连接电路示意图。
11.图3为半导体激光器驱动电路模块电路示意图。
12.图4为能量强度控制模块电路示意图。
具体实施方式
13.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
14.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本实用新型另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
15.正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不足，为了解决如上的技术问题，本实用新型提出了一种可调参量的脉冲激光光源。
16.本实用新型的一种典型的实施方式中，如图1所示，本实用新型提供了一种多参量(如：脉宽、重复率、占空比、光强)可调的脉冲激光光源系统，其中包括：微处理器、信号波形控制模块、能量强度控制模块、定时控制模块、温度控制模块、半导体激光器驱动电路模块、半导体激光器、电源模块，并设计了光强设置端、脉宽设置端、脉冲重复率设置端、占空比设置端等参量调节端。
17.如图2所示，本实施例中的微处理器(即microprocessor control unit,简称mcu，如：stm32f103)模块可采集输入端口设置的各参量(如：光强、脉冲宽度、重复率、占空比、定时等)并生成相应的能量强度、波形和测温等控制信号，再通过serial peripheral interface(spi)通信接口、串行通信接口、pulse-width modulation(pwm)驱动信号接口及rs485通信接口等方式分别将对应控制信号传输至能量强度控制模块、信号波形控制模块及温度控制模块。所述微处理器模块可由微控制器(如stm32f103等)芯片实现，也可通过fpga(field-programmable gate array)芯片来实现相应功能。
18.本实施例中的所述半导体激光器驱动电路模块输出端与半导体激光器输入端连接，并引出至激光器驱动信号监测端，半导体激光器驱动电路模块主要是用于产生半导体激光器的驱动信号；而半导体激光器是本装置的发光部件，可采用多种结构的激光器，如：电注入式激光二极管，其工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带(导带与价带)之间，或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用，该装置本身也是现有的。
19.如图3所示的半导体激光器驱动模块可采用lt3743芯片实现,其工作流程如下，其控制信号分为三种：脉冲时序信号和高、低态驱动电流幅值控制信号。由如图4所示的能量强度控制模块产生的激光驱动电流幅值控制数据，分为高、低态驱动电流幅值控制信号(crtl_h、crtl_l)。由信号波形控制模块产生的ttl电平的脉冲时序信号，送至lt3743的ctrl-sel引脚，用于切换驱动激光器电流的高、低态模式，当时序信号为高电平时输出高态驱动电流，当时序信号为低电平时输出低态驱动电流。
20.根据光强输入端的设置，微处理器可产生电流幅值控制数据，并通过spi通信接口输入至能量强度控制模块。该能量强度控制模块如图4所示，主要由tlv5637和ref5020共同组成的，其中ref5020为tvl5637提供了标准的电压；使用tlv5637芯片产生相应的高、低态驱动电流幅值控制信号(crtl_h、crtl_l)，进而控制半导体激光器驱动模块(lt3743)产生
相应电流幅值的激光器驱动信号，tlv5637芯片作为数模转换器(dac)具有串行通信接口(spi)和10bit的精度，该dac的最快转换时间仅为0.8μs，可满足对激光器驱动电流快速调整的需求。
21.由微处理器根据输入端脉冲光参量和定时参量设置产生脉冲时序信号控制数据，通过串口通信接口输入至信号波形控制模块。信号波形控制模块主要用于产生符合脉宽、重复率、占空比等参量设置要求的脉冲时序信号。该模块功能可通过dds(direct digital synthesis)信号发生器或fpga(field-programmable gate array)芯片模块或微处理器编程等方式来实现。该模块产生的脉冲时序信号用于切换驱动激光器电流的高、低态模式，当时序信号为高电平时输出高态驱动电流，当时序信号为低电平时输出低态驱动电流。上述脉冲时序信号和高、低态驱动电流幅值控制信号相互配合，同时输入至半导体激光器驱动电路模块，生成对应的半导体激光器驱动电流，驱动半导体激光器工作产生符合设置的光参量脉冲激光。
22.所述温度控制模块主要是用于控制半导体激光器的温度，因半导体激光器的发光波长、光谱宽度和发光强度会受工作温度的影响，一般情况下，半导体激光器的发光波长随温度变化为0.2-0.3nm/℃，光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。另外，当正向电流流经pn结，发热性损耗使结区产生温升，在室温附近，温度每升高1℃，半导体激光器的发光强度会相应地减少1％左右；为保证激光器稳定工作，因此需要控制温度。本实施例中温度控制模块与微处理器连接；进一步的，所述温度控制模块的降温工作面和温度传感面与半导体激光器紧密接触，以检测和控制激光器的工作温度。
23.如图2所示，温度控制模块可由温度传感器和tec(thermoelectric cooler)组成。由于半导体激光器工作的稳定性受温度影响较大，因此，温度控制模块通过温度传感器实时感应激光器的工作温度并传给微处理器，一旦测得过高或过低，便会控制启动tec器件进行加热或制冷，以保证激光器的工作温度。这一控制过程可通过微处理器中运行的温度控制算法动态调控实现。
24.如图2所示，微处理器模块可利用内部定时器编程来实现脉冲光输出的定时控制功能，该模块能调控能量控制模块的驱动电流幅值控制信号，进而定时控制半导体激光器的驱动电流，达到控制半导体激光器定时工作的目的。此外，定时控制模块还可通过fpga等芯片编程来实现。
25.进一步的，本实施例还包括电源模块，所述电源模块分别为上述半导体激光器驱动电路模块、温度控制模块、微处理器、能量强度控制模块、信号波形控制模块、定时控制模块提供相应供电。
26.进一步的，所述的定时控制模块的输入端与定时设置按钮相连。
27.进一步的，所述的半导体激光器输出脉冲激光。
28.进一步的，本实施例的可调参量的脉冲激光光源还包括一个壳体，上述的微处理器、信号波形控制模块、能量强度控制模块、定时控制模块、温度控制模块、半导体激光器驱动电路模块、半导体激光器、电源模块等全部设置在所述的壳体内；脉宽设置按钮、重复率设置按钮、占空比设置按钮等设置在壳体的操作面上，方便操作，一般选择放置在壳体的正面。
29.进一步的，在所述的壳体上还设有脉冲激光输出端接口和激光器驱动信号监测端
连接的显示屏；脉冲激光输出端接口可以设置在壳体的侧面或者正面均可，激光器驱动信号监测端连接的显示屏设置在壳体的正面。
30.进一步的需要说明的是，本实用新型中的脉宽设置按钮、重复率设置按钮、占空比设置按钮等可以是机械式旋转按钮，也可以是触摸式的电子按钮。
31.进一步的，在上述的壳体上还可以是有若干的散热孔。
32.本实用新型利用可调参的微处理器驱动光源种子产生可调参量的光脉冲，采用能量控制模块控制光脉冲的光强，实现了对输出脉冲光的多参量精准调节，使该脉冲光源可广泛应用。
33.进一步的，通过选择半导体激光器的型号、以及设计微处理、定时控制模块、能量强度控制模块等，可以使输出的脉冲激光的最小脉宽可达10微秒，占空比调控范围为0-100％，光强调控精度可达1mj/div,脉冲重复率可达10khz，光波段可选。
34.此外，需要说明的是，上述的各个模块对应的具体电路采用一些现有电路即可，在此不进行具体赘述了。
35.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。