調(diào)制型半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路設(shè)計 - 半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路設(shè)計（兩款半導(dǎo)體電路設(shè)計）

二。調(diào)制型半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路設(shè)計

半導(dǎo)體激光器是理想的電子-光子直接轉(zhuǎn)換器件，有很高的量子效率，微小的電流變化都將導(dǎo)致其輸出光強(qiáng)的很大變化，驅(qū)動電源的技術(shù)指標(biāo)及質(zhì)量直接關(guān)系到激光輸出功率、效率和壽命。不符合要求的驅(qū)動電源會導(dǎo)致激光器的性能急劇惡化乃至失效，因此，作為半導(dǎo)體激光器對電源的要求較高。

（1）半導(dǎo)體激光器是依靠載流子直接注入而工作的，注入電流的穩(wěn)定性對激光器的輸出有直接、明顯的影響。因此，要求半導(dǎo)體激光器電源是恒流源，具備很高的電流穩(wěn)定度和很小的紋波系數(shù)，否則會直接影響激光器激光輸出功率、波長等的穩(wěn)定性。

（2）半導(dǎo)體激光器作為一種結(jié)型器件，對電流沖擊的承受能力很差。因此，半導(dǎo)體激光電源中必須有特殊的抗電流沖擊措施和保護(hù)電路，具有較高的抗干擾能力和抑制瞬態(tài)電流或電壓尖峰措施。

（3）對紋波系數(shù)要求有特殊要求，能有效抑制諧波干擾和減小電網(wǎng)污染。半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動技術(shù)通常采用電流恒定控制（ACC）、功率恒定控制（APC）和電壓恒定控制（AVC），在此工作方式下，通過負(fù)反饋原理控制回路，直接提供驅(qū)動電流的有效控制。此外，瞬態(tài)的電流或電壓尖峰脈沖，以及過流、過壓都會損壞半導(dǎo)體激光器，因此驅(qū)動電路中還應(yīng)考慮特殊的抗電流沖擊措施和保護(hù)電路。

基于電流負(fù)反饋原理設(shè)計了包含調(diào)制電路、慢啟動電路、保護(hù)電路和恒流源的驅(qū)動電路。利用運(yùn)算放大器在交流和直流電壓的驅(qū)動下對驅(qū)動電路加載低頻調(diào)制信號，降低非線性失真；利用三極管的頻帶及開關(guān)特性對激光器加載高頻開關(guān)調(diào)制信號，使激光器能夠在不同調(diào)制信號下工作，達(dá)到對激光器的調(diào)制目的。經(jīng)過試驗驗證反饋電阻的反饋電流漂移在0.1mA左右，達(dá)到了很好的調(diào)整目的。

1調(diào)制型半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路原理

圖1所示為電路原理框圖，半導(dǎo)體激光器驅(qū)動調(diào)制電路由四部分組成，包括恒流電路、慢啟動、保護(hù)和調(diào)制信號產(chǎn)生電路。恒流電路產(chǎn)生高穩(wěn)定度驅(qū)動電流。慢啟動的作用是消除電路中可能存在的浪涌，防止浪涌對激光器的危害。為避免由于過流等因素引起半導(dǎo)體激光器不可恢復(fù)的損壞，則在驅(qū)動電路中加入限流保護(hù)。調(diào)制信號產(chǎn)生電路實(shí)現(xiàn)調(diào)制和頻率可調(diào)。

如圖2所示為低頻調(diào)制電路原理圖。利用運(yùn)算放大器在電路中通過低頻信號可以有效降低非線性失真的特性，設(shè)計低頻調(diào)制電路，通過把交流、直流信號配比后來驅(qū)動半導(dǎo)體激光器。

在圖3為高頻開關(guān)調(diào)制電路圖。利用三極管在飽和狀態(tài)下導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)下切斷的特性，設(shè)計半導(dǎo)體激光器的高頻調(diào)制電路。當(dāng)三極管的基極電壓為0V時，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，集電極沒有電流通過，當(dāng)三極管的基極電壓為5V時，三極管處于飽和狀態(tài)，此時通過激光器的電流要分一部分通過三極管的集電極，隨著三極管狀態(tài)的不斷變化，使集電極的電流不斷發(fā)生變化，最終表現(xiàn)在通過LD的電流發(fā)生變化。而三極管基極的電壓變化由電阻右端的外接輸入電路來調(diào)整。

由于三極管的頻帶較寬，同時在低頻條件下非線性失真較大，所以互補(bǔ)了運(yùn)算放大器在高頻條件下無法實(shí)現(xiàn)理想調(diào)制的缺點(diǎn)，綜合考慮為激光器設(shè)計出一種在高頻條件下利用三極管的開關(guān)特性的高頻開關(guān)調(diào)制電路。

2系統(tǒng)性能測試

圖4為實(shí)際作出的激光器驅(qū)動電路實(shí)物圖，所用激光器為帶多模光纖耦合輸出的可見光635nm半導(dǎo)體激光器，工作電流為50mA，在未加調(diào)制時激光器輸出光功率穩(wěn)定，表明電路設(shè)計合理。

圖5所示為在調(diào)制時光電探測器探測的激光器輸出光強(qiáng)信號。當(dāng)用低頻正弦調(diào)制激光器時，激光器輸出光強(qiáng)也正弦變化，而且失真較小。當(dāng)用高頻開關(guān)調(diào)制光器時激光器輸出光強(qiáng)開關(guān)變化，但是存在高頻失真。

表1是通過觀察反饋電阻（阻值為1Ω）的電壓變化，可以得到反饋電壓的漂移范圍在0.1mV范圍內(nèi)，通過反饋電阻的電流漂移就在0.1mA范圍內(nèi)，使反饋的電流能夠在很好的范圍內(nèi)穩(wěn)定。

基于電流負(fù)反饋原理設(shè)計了包含調(diào)制電路、慢啟動電路、保護(hù)電路和恒流源的驅(qū)動電路。利用運(yùn)算放大器在交流和直流電壓的驅(qū)動下對驅(qū)動電路加載低頻調(diào)制信號，降低非線性失真；利用三極管的頻帶及開關(guān)特性對激光器加載高頻開關(guān)調(diào)制信號，使激光器能夠在不同調(diào)制信號下工作，達(dá)到對激光器的調(diào)制目的。經(jīng)過試驗驗證反饋電阻的反饋電流漂移在0.1mA左右，達(dá)到了很好的調(diào)整目的