半導體激光器自動功率控制電路如何設計

 

　　半導體激光器又稱激光二極管，是用半導體材料作為工作物質的激光器。由于物質結構上的差異，不同種類產生激光的具體過程比較特殊。常用工作物質有砷化鎵（GaAs）、硫化鎘（CdS）、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等。激勵方式有電注入、電子束激勵和光泵浦三種形式。半導體激光器件，可分為同質結、單異質結、雙異質結等幾種。同質結激光器和單異質結激光器在室溫時多為脈沖器件，而雙異質結激光器室溫時可實現連續工作。

 

　　半導體激光器具有光學特性優秀、單色性好、體積小和壽命長等一系列的優點，隨著科技的發展，已被廣泛應用在國防、通信、醫療和測量等領域中。半導體激光器需要專用的驅動電路，一般均采用恒流源電路。市場上專業的激光器驅動設備性能好，功能強大，然而價格昂貴，體積較大，對產品開發來說，一款小巧、功能簡單、性能穩定、價格低廉的激光器驅動電路很具有實用價值。

 

　　在傳感和檢測等應用領域，往往需要激光器工作在恒定功率狀態，而半導體激光器是非線性器件，受溫度等影響較大，電路中電阻等元器件的老化也會改變半導體激光器的特性，因此需要補償各種因素產生的影響。而在發射閾值電流以上時，半導體激光器的發光功率與驅動電流成線性關系，這使得通過控制驅動電流來調整發光功率成為可能。

 

　　電路工作原理分析

 

　　為激光器自動功率控制系統原理框圖，整體電路形成一個閉合環路，通過負反饋機制穩定激光器的輸出功率。該驅動電路由電壓比較器、電容充放電模塊、恒流源和反饋回路構成，電容充放電模塊根據比較器輸出電壓的高低循環跳變來對電容進行充放電，最終將其電壓值穩定在某預設值，從而間接控制恒流源的輸入電壓，并進一步控制激光器電流，恒流源直接驅動LD激光器，它的輸入電壓和激光器驅動電流成正比例關系。

 

　　系統上電后，電壓比較器的正端設定正電壓值VSET，負端電壓假設為0，則比較器輸出的低電平致使電容充放電模塊對電容充電，隨著電容電壓的緩慢上升，恒流源的驅動電流不斷升高，激光器輸出光強不斷升高，PIN探測電流變大，從而導致反饋回路輸出電壓升高，直至高過比較器正端電壓VSET后，比較器輸出由低電平跳變為高電平，接著執行上述過程的反過程：電容放電、激光器功率減小，由此循環往復，最終穩定激光器發光功率。

 

　　電路通過BIN輸入端電壓控制1歐姆電阻電壓來控制激光器電流，由LT1789的固定增益輸出反饋給LT1006反相輸入端而形成閉環，LT1789的引入使激光器陰極得以共地，便于測試。此外，增加了激光器電流關斷控制電路，ENABLE使能端通過將Q1的基極電位拉地來關斷激光器電流，相當于激光器開關關閉，而當開關打開時，可實現激光器電流緩慢地上升至預定值。元器件選取上，LT1006運算放大器和LT1789儀表放大器均是單電源供電型放大器，能夠滿足單電源供電的需求。電路工作中，LT1789的放大倍數為A=10，流經激光器電流I與輸入電壓U的關系為：

 

　　I=0.1U(1)

 

　　其中，I的單位為毫安，U的單位為伏特，即當輸入電壓由0V變化到2.5V時，可實現激光器電流由0mA到250mA的線性變化。