调制型半导体激光电源恒流驱动电路方案

半导体激光器以其超小型、高效率、结构简单等优良特性被广泛应用于科研、国防、医疗、加工等领域,其相应的驱动技术也显得越来越重要[1]。半导体激光器是理想的电子2光子直接转换器件,有很高的量子效率,微小的电流变化都将导致其输出光强的很大变化,因此,半导体激光器的驱动电流要求非常高。半导体激光器的驱动技术通常采用恒流驱动方式,在此工作方式下,通过负反馈原理控制回路,直接提供驱动电流的有效控制[2]。此外,瞬态的电流或电压尖峰脉冲,以及过流、过压都会损坏半导体激光器,因此驱动电路中还应考虑特殊的抗电冲击措施和保护电路[3]。
在一些测量应用中,直流驱动的半导体激光器产生的直流光在测量过程中容易受到缓慢变化的环境光的干扰,导致无法从环境光中分离出所需直流光信号,本文系统信噪比过小,因此要对其进行调制[4]。当半导体激光器进行高速调制时,会出现很复杂的动态特性,如驰豫振荡、自脉动以及多脉冲等现象。本文对其低频调制特性进行了实验研究。
半导体激光器输出有足够的稳定性,且可直接调制,它已在光纤系统中得到普遍应用,是传感器系统的首选光源。本文为光纤系统的光源设计了一种高稳定度驱动电流、可调制、操作简单且成本低廉的驱动电路。
 
调制型恒流驱动电路方案
本文设计的半导体激光器驱动调制电路由四大部分组成,包括恒流电路、软启动、限流保护和调制信号产生电路[5]。恒流电路产生高稳定度驱动电流。软启动的作用是消除电路中可能存在的浪涌,防止浪涌对激光器的危害。为避免由于过流等因素引起半导体激光器不可恢复的损坏,则在驱动电路中加入限流保护。调制信号产生电路实现调制和频率可调。整体电路设计框图如图1所示。 恒流电路采用电压负反馈调整电路来实现恒定电流,电路的工作原理见图2。首先由基准电路产生一个高精度高稳定的电压基准,当输入电压增大或负载变化使得输出电流发生变化时,取样电路将获取一定比例的输出电压误差信息;然后将其与电压基准比较后,误差放大电路把放大了的误差信号施加到调整电路调整输出电流,从而形成一个深度负反馈的闭环系统,实现对输出的调节,达到稳定电流的目的[6,7]。