低功率980nm波长半导体激光器驱动电路设计

摘 要： 设计一种用于光生微波/毫米波信号源的低功率980 nm波长半导体激光器驱动电路，主要包括保护电路、反馈电路、功率检测、恒流源设计、温控电路及单片机显示电路等。将所设计的驱动电路用于LDM9P603型蝶形激光器的驱动，对980 nm波长泵浦激光器的输出特性进行测试。

关键词： 980 nm波长泵浦源； 恒流源； 温度控制器； 单片机控制器

中图分类号： TN248.4?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）13?0119?03

Design of driving circuit of low?power 980 nm laser diode

DONG Yang， CHEN Hai?yan， CHENG Chang?yan， HUANG Chun?xiong

（School of Physics Science and Technology， Yangtze University， Jingzhou 434023， China）

Abstract： The driving circuit of a low?power 980 nm LD used for the photonic generation microwave and millimeter wave signal sources was designed， which consists of protection circuit， feedback circuit， optical power detection， constant?current source design， temperature control circuit， MCU display circuit， etc. The circuit is used to derive the LDM9P903 butterfly LD. The output characteristics of 980 nm LD were tested.

Keywords： 980 nm LD； constant?current source； temperature controller； MCU controller

0 引 言

高性能的980 nm波长半导体激光器（LD）在激光器、光放大器、光信息处理等领域具有重要应用[1?5]。稳定的驱动电路是实现高性能980 nm波长泵浦激光器的重要保证。由于LD对于电流变化的承受能力较差，微小的电流变化将导致光输出的极大变化，这些变化直接危及器件的安全使用，因而在实际应用中对驱动电源的性能稳定和安全保护有着很高的要求。为了保证激光器的稳定工作、性能可靠和使用寿命长，需要设计出具有抗干扰能力强、具有保护特性的电源及驱动电路[6?10] 。

本文设计一种用于LDM9P603半导体激光器的驱动电路，该激光器的中心波长为980 nm，并对激光系统的输出特性进行测试。

1 980 nm波长激光器系统的基本组成

980 nm波长泵浦激光器系统由电源、保护电路、激光二极管驱动电路、温控电路及显示电路组成。激光器系统选用LDM9P603半导体激光器作为系统光源，该激光器是一款具有14引脚的蝶形封装激光器，其最大正向电流为192 mA，最大输出功率为110 mW，阈值电流为15 mA，最大工作电压1.5 V，中心波长为973 nm， 工作温度范围为-20 ℃～70 ℃。

2 电源及保护电路

电源电路的好坏直接影响系统工作的稳定性，针对开关闭合和开启会产生很大冲击电流，导致半导体激光器损坏和电流不稳定，进而会改变其输出功率的特点，在设计电源电路的同时，采用慢启动电路，电路原理图如图1所示。 用12 V的开关电源供电，滤波后经三端集成器U1（LM7806）转变为6 V电压，通过电阻[R12]给大电容[C11]充电，电容[C12]连接三极管的基极，电容[C11]在充电的过程中电压不断升高使得功率管Q3，Q4的状态由截止变为导通，当电容充满电时，功率管处于导通状态，电压输出端输出约5 V的电压。在输出端并联几个滤波电容，使输出电压纹波更小。该电路给激光器的驱动电路、温控电路以及显示电路供电。

3 电流可调驱动电路

半导体激光器在工作时要求工作电流非常稳定，电路中的电流不受激光器的非线性特性影响，供电电路必须是低噪声的恒流电路，电流可调驱动电路的原理图如图2所示，整个电路由上述慢启动电路供电。

该电路为电流串联负反馈电路，由[R8]采样的电压经过电压跟随器反馈给运算放大器的反向输入端，正向输入端接滑动变阻器，改变滑动变阻器阻值可以改变正向输入电压，[R8]的采样电压[U8]等于滑动变阻器输入运放正向输入端的电压，范围为0～2 V可调，通过[R8]的电流[I8=U8R8]变化范围为0～200 mA，即通过LDM9P603的电流在0～200 mA范围内连续可调。[R8]选用康铜丝作为采样电阻，康铜电阻稳定性好，电阻随温度变化小，Q3，Q4作为调整管，D2为开关二级管IN4148，用于减少电流的改变对激光器的损害。

4 温控电路

温控电路控制LD泵浦模块的温度变化响应，使热电致冷器的驱动电流维持在合适的工作温度，其核心部分是MAXIN公司的MAX1969芯片，如图3所示。MAX1969是高度集成、高效率的脉冲宽度调制开关型驱动器，可以实现0.01 ℃的控制精度。采用直接电流控制，消除了热电致冷器中的浪涌电流。

5 显示电路

显示电路如图4所示，整个系统主要由8位单片机STC12C5A60S2和1602液晶显示器构成，用于显示激光器的工作电流与功率的大小，实时监测激光器的工作状态。STC12C5A60S2是一种增强型51单片机，不仅速度比89C52快，而且内部还集成了一个8通道的10位ADC，转换速度为250 kHz，该ADC精度高，转换速度较快，完全可以满足测量要求。将一个精度较高、稳定性好的小电阻[R1]与激光器串联，通过单片机测量电阻[R1]两端的电压[U1，][U2，]激光器LD两端的电压[U2，][U3，]通过程序可以将流过激光器的电流和功率显示在1602上，其中[I=（U1-U2）R，P=I（U2-U3） 。]

6 测试结果

图5为980 nm波长泵浦激光器的输出特性曲线。激光器的阈值在18 mA左右，当泵浦电流为150 mA时，泵浦激光器的输出功率为54.5 mW。所得输出功率比厂商所给出的参考值略偏小，这时由于测试光纤的熔接及活动跳线链接头导致额外插入损耗，所得结果在可接受范围之内。此外，对系统的稳定性进行了测试，结果表明，系统连续工作0.5～4.5 h后，系统输出电流没有变化，表明驱动电源的电流稳定性较好。

图4 显示电路

图5 980 nm激光器输出特性

7 结 语

设计了用于光生微波-毫米信号源的低功率980 nm波长泵浦激光器系统的驱动电路，并对激光器系统进行测试，测试结果表明，激光器的阈值在18 mA左右，当泵浦电流为150 mA时，泵浦激光器的输出功率为54.5 mW。该激光器具有良好的温度、电流稳定性，制作成本低廉。

注：本文通讯作者为陈海燕。

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