一种实用化的半导体激光器驱动电路设计
第６期 ２０１１年１２月 ＩｉＩ雹；舛譬善Ｉｆ宪限学帜
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＣＡＥＩＴ Ｖ０１．６ Ｎｏ．６ Ｄｅｅ．２０ｌ１
半导体激光器驱动电路设计
赵忠伟，吴广业，张玉钧，沈超
（脉冲功率激光技术国家重点实验室电子工程学院，合肥２３００３７）
摘 要：为了提高半导体激光器（ＬＤ）的使用寿命，确保激光器发射信号的质量，设计了一款高性 能、低成本的激光驱动电路，包含慢启动电路、恒流电路和保护电路三部分。在ＴＩＮＡ环境下进行
模拟，结果显示该驱动电路满足设计需求，对类似电路设计有很好的借鉴作用。
关键词：驱动电路；半导体激光器；慢启动电路 中图分类号：ＴＮ２４８．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３－５６９２（２０１１）０６－６５７４３４
Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ＬＤ
ＺＨＡＯ Ｚｈｏｎｇ—ｗｅｉ，ＷＵ Ｇｕａｎｇ—ｙｅ，ＺＨＡＮＧ Ｙｕ－ｊｕｎ，ＳＨＥＮ Ｃｈａｏ
（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｕｌｓｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｌａｓｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｉｆｅｉ ２３００３７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｕｓｉｎｇ ｌｉｆｅ ｏｆ ＬＤ ａｎｄ ｍａｋｅ ｓｕｒｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ，ａ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｌｏｗ—ｃｏｓｔ ｄｒｉｖｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｓｌｏｗ ｔｕｒｎ－ｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ
ａｎｄ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ
ＴＩＮＡ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｏｆｆｅｒ ｓｏｍｅ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｒｅｆｅｒ— ｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｒｅａ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｒｉｖｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ；ＬＤ；ｓｌｏｗ ｔｕｒｎ－ｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ
０ 引 言
随着半导体激光器（ＬＤ）的性能提高和价格下
降，其越来越广泛应用于激光通信、激光测距、激光 制导和激光引信等军事领域中 Ｊ。由于本身是一
种高功率密度并具有极高量子效率的结型器件，ＬＤ
对于电流冲击的承受能力较差，电流微小的变化将 导致光输出的极大变化和器件参数的变化，这些变
化直接危及器件的安全使用，因而在实际应用中对 驱动电源的性能和安全保护有着很高的要求 』。
为了保证激光器稳定工作、性能可靠和使用寿命长，
设计出具有抗干扰能力强、恒流稳定和过流保护等 特性的驱动电路尤为必要 。
收稿日期：２０１１－０３－０５ 修订日期：２０１１．１１－０９ 半导体激光器选择
设计中半导体激光器选用武汉电信器件有限公 司生产的一款高性能单模半导体激光器ＬＤＭ３Ｓ５０４， 该型激光器的最大正向电流是１００ ｍＡ，最大的反向
电流是２ ｍＡ，正常工作电压是１．６ Ｖ，最大的反向电 压是２ Ｖ，波长范围１ ２８０ ｎｍ一１ ３３０ ｎｍ，中心波长
是１ ３１０ ｎｍ；光谱宽度为５ ｎｍ；上升时间是０．５ ｎｓ， 带宽ＢＷ超过８００ ＭＨｚ。激光器的工作温度范围是
２０ｃ（＝一７０℃，常温下具有稳定的光功率输出。 在２５℃的标准温度下，该型激光器的阈值电流为
２５ ｍＡ，串联电阻是１０ Ｑ，光学输出功率的最小值为
０．１ ｍＷ，最大值为２ ｍｗ；当工作温度超过７０℃时， 阈值电流升高到４０ ｍＡ。根据该激光器的指标和参
数，为了保证最大的信噪比，提高抗干扰能力，
设计
万方数据６５８ 中－ｉｌ像； 誊嗣ｆ宪ｉ宪碍奴 ２０１１年第６期
激光器的恒流为６０ ｍＡ，调制电流为±２０ ｍＡ，工作 电压１．７ Ｖ。
２驱动电路设计
驱动电路一般由慢启动电路、恒流电路和保护 电路组成 ］。
２．１慢启动电路
在实际应用中，半导体激光器往往会因为接在
同一电网上的多种电器的突然开启或关闭而受到损 坏，这主要是由于开关的闭合和开启的瞬间会产生 个很大的冲击电流，该电流足以致使半导体激光
器损坏，必须避免。为此，驱动电源的输入应该设计 成慢启动电路而非单纯的延迟电路，电路原理图如
图１所示。Ｊｌ接１２ Ｖ电源，滤波后经三端集成稳压
器ｕ１（ＬＭ７８０６）转变为６ Ｖ电压输出，通过电阻Ｒ１ 给大容量电容ｃ５充电，电容Ｃ５连接在功率管Ｑ１
的控制极，电容两端的电压慢慢上升，使得功率管的
状态由截止缓慢变化，当电容充满电时，功率管处于 导通状态，由电压输出端给调制电路、恒流保护电路
及半导体激光器供电。
图１慢启动电路原理图
２．２恒流电路
为了确保半导体激光器的安全和输出信号的稳 电路供电。 定，对流过激光器的电流要求非常严格，供电电路必
图２恒流稳压电路原理图
该恒流源由运放Ｕ３Ｂ和三极管Ｑ３、Ｑ４进行电
流放大，反馈电阻Ｒ８接在Ｑ４发射极端，对电流进
行取样，反馈电压通过Ｕ３Ａ组成的同相比例放大器
放大后送人Ｕ３Ｂ的负输入端，构成电流负反馈电
路，使输出电流向相反方向调节，达到输出恒流的目 的。Ｑ３、Ｑ４可看成达林顿管作为调整管，半导体激
光器作为负载串联在达林顿管的集电极，通过控制
达林顿管的基极实现对激光器电流的控制。Ｊ３输
入的激光调制信号经过电容ｃ９耦合至Ｕ３Ｂ的负输 入端，与产生的恒流叠加形成激光器的驱动电流，调
制激光器的输出光信号。
２．３保护电路
虽然慢启动电路消除了高频冲击电流的危害， 但不能有效地防止直流或低频电流超载对半导体激
光器的危害，因此，应当设立超载保护电路，一般可
采用限流式保护电路。若长时间工作于短路的情况 下，过热仍然会导致调整管的损坏，
此时可以采取截
万方数据２０１１年第６期 赵忠伟等：半导体激光器驱动电路设计 ６５９
流式保护电路。过电压保护的精度主要取决于稳压
二极管，而其工作点是随流经稳压管的电流和环境
温度变化的，因此，设计上采用稳定电压的温漂非常 小的稳压管ＴＬ４３１，电压稳定为２．５ Ｖ，调节电位器
可以改变Ｆ点的电压值，如图２所示。
３电路分析及仿真
在慢启动电路中，慢启动时间与电阻Ｒ１和充
电电容Ｃ５有关，取Ｒ１为１０ ｋＱ，Ｃ５为１００ ＩｘＦ，在 Ｍｕｌｓｉｔｉｍ环境下对慢启动电路进行仿真，得到输入
和输出电源信号的时序图，如图３所示，从图中可
知，从接入１２ Ｖ电源开始到电压输出端输出最大电 压为４．９７８ Ｖ时，所用时间为９９８ ｍｓ，近１ Ｓ的慢启
动时间，能够很好的消除系统随意开关造成的电流 突变对激光器的损害。
／ 一一
～ Ｔ ｉｍｅ Ｃ ｈａ ｎｎｅ’
疆骏ｊ酒
图３慢启动电路仿真图 对图２中的电路进行直流分析时，为减小电路
分析的难度，二极管、三极管和稳压管均视为理想状 态，电阻Ｒ１１、Ｒ１２上的分压近似为零，三极管Ｑ３、
Ｑ４可以当作达林顿管，总的／３值约为１．５×１０ ，ＢＤ 点间的电压差约为１．４ Ｖ，各节点基尔霍夫方程为
（１＋ Ｒ７ １／一 · －（２
（芦＋１）厶 卢 Ｒ （１） ＩｂＲｌ１ Ｏ
ｌ ｃ＝８ｌ ｂ—ｏ．０６
１．４ 按图中组件参数代人，即令Ｒ ＝Ｒ 。＝Ｒ ＝
１／ＣＯ，Ｒ８：１００，则有
＝２ 一
（／３＋Ｉ）厶Ｒ８
０．６ 一１．３ （２）
，ｃ－－￣／ｂ一０．０６
Ｄ １．４
因此，调节可变电阻器使Ｆ点电压约为１．３ Ｖ， 即可满足Ｉｃ＝６０ ｍＡ， ＝３．３ Ｖ的恒流恒压需求，在
Ｔｉｎａ环境下模拟的效果也与计算相符，如图４所示。 耦合调制信号时，高频的调制信号受电容电感
影响较大，需合理配置参数，否则将严重恶化电路的
效果。图２中Ｒ１１、Ｃ１１实际上构成低通滤波器，对
高频信号具有较大阻抗，电感Ｌ２同样阻碍电流的变 化，经过计算和实验，在调制信号的频率为６００ ｋＨｚ、
幅度为３００ ｍＶ时，取ｃ１１为１００ ｐＦ，Ｉ２为２５ ｔｘＨ，模 拟得到的结果，如图５所示，从图中可以看出，激光器
图４ Ｔｉ
ｎａ环境下模拟的电路参数
万方数据中国鼋；舛譬唧宪限譬瓤 ２０１１年第６期
两端电压稳定在１．７ Ｖ附近，驱动电流在４０ ｍＡ～ ８０ ｍＡ之间变化。最后对电路实物进行了测试，ＬＤ
端的电压为５ Ｖ，另一端直流电压为３．３ Ｖ，交流
电压如图６所示，做幅度为４００ ｍＶ的正弦变化，频 率为６００ ｋＨｚ。测试结果与仿真结果近似，表明驱
动模块的各项参数达到了预期的设计目标。
图５ Ｔｉｎａ环境下激光器驱动模块信号仿真图
４结语 一
图６电路测试结果
本文所设计的ＬＤ驱动电路，通过慢启动电路、
恒流电路和保护电路等，解决了使用中在工作温度 范围内其输出电流不稳定的问题，经过实验仿真分
析，该电路达到了较好的稳流效果，具有电流限制和 过流保护功能。该驱动电路功耗和体积小，通过对
相关电气参数的修改，可以很方便的应用到相关激
光测距、通信等领域中，具有一定的参考意义。
参考文献：
［１］王启明．中国半导体激光器的历次突破与发展［Ｊ］．中 国激光，２０１０，３７（９）：２ １９０－２ １９７． ［２］滕明．选择电源改进激光二极管性能［Ｊ］．闫丽丽，译． 红外与激光技术，１９９４，２３（４）：５８－２６１． ［３］顾娅军．脉冲驱动电源的设计和性能分析［Ｊ］．实验科 学与技术，２００７（８）：３Ｏ一３２． ［４］林咏海，毛海涛，等．一种半导体激光器驱动电源的设 计［Ｊ］．激光杂志，２００６，２７（１）：１４．１７．
作者简介
赵忠伟（１９８６一），男，河北保定人， 硕士研究生，主要研究方向为光电信息 技术； Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｚｗ－６４９７３５８＠１６３．ｅｏｍ
吴广业（１９８３一），男，湖南涟源人，硕士研究生，主要研 究方向为光电信息技术； 张玉钧（１９６４一），男，安徽合肥人，博士，博士生导师， 教授，主要研究方向为光电信息处理技术、激光散射成像、环 境监测技术： 沈超（１９８９一），男，安徽芜湖人，硕士研究生，主要研 究方向为光电信息处理技术。
… … …．叫… … …．叫… … …．叫… … … … … … …．叫… …．叫… … …．叫… … … ” …．叫…．叫… …．叫… … …．叫 … …．叫…．叫” … …．叫 … …
２０１２年专题征稿
根据２０１１年《中国电子科学研究院学报》编辑出版计划安排，２０１２年专题设置如下：
第１期信息网络技术（４Ｇ技术、自组织网络、认知无线电等），截稿日期：２０１２年１月１５日
第２期信息汇聚（含协同技术、智能技术、泛在技术和自主技术等），截稿日期：２０１２年３月１５日 ；
第３期高效能计算（含互联网技术、赛博技术和下一代超级计算等），截稿日期：２０１２年４月３０日
第４期量子信息技术（含量子通信、量子计算、量子密码等），截稿日期：２０１２年６月３０日
医用小功率半导体激光器可调驱动电源的设计
第２２卷第５期 ２００６年１０月 商丘师范学院学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＳＨＡＮＧＱＩＵ ＴＥＡＣＨＥＲＳ ＣＯＬＬＥＧＥ Ｖｏ１．２２ Ｎｏ．５ Ｏｃｔｏｂｅｒ，２００６
医用小功率半导体激光器可调驱动电源的设计
闫战强，毛海涛，张锦龙
（河南大学物理与信息光电子学院，河南开封４７５０００）
摘要：半导体激光器的稳定性更取决于电流控制器．实际中的电流源在应用于半导体激光器中的时候，仍有 许多需要改进的地方．本文描述了一种用于驱动在医疗器械中所使用的小功率半导体激光器的新型电源的设计方
法．
关键词：半导体激光器；驱动电路；慢启动 中图分类号：ＴＮ２４８．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—３６００（２００６）０５—００７４—０３
Ｓｍａｌｌ ｓｃａｌｅ ｍｅｄｉｃｉｎａｌ ｐｏｗｅｒ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒｓ ｄｒｉｖｅｎ ｐｏｗｅｒ ｄｅｓｉｇｎ
ＹＡＮ Ｚｈａｎ—ｑｉａｎｇ，ＭＡＯ Ｈａｉ—ｔａｏ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎ．１ｏｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｅｌｉｃｈｏｎｉｃｓ，Ｈｅｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋａｉｆｅｎｇ ４７５０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒｓ ｍｏｒｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌｓ．Ａｃｔｕａｌ ｓｏｕｒｃｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ
ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｕｒｓｅ，ｍｕｃｈ ｎｅｅｄｓ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｏｎｅ ｆｏｒ
ｄｒｉｖｉｎｇ ｉｎ ｍｅｄｉｃａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｕｓｅｄ ｉｎ ｓｍａｌｌ ｐｏｗｅｒ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｗ ｐｏｗｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒｓ；ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ；ｓｌｏｗ—ｓｔａｒｔ
激光器及其驱动器电路原理与光模块核心电路设计讲解
激光器及其驱动器电路原理与光模块核心电路设计
武汉电信器件有限公司
模块开发部 王松
摘要：本文描述了激光器及其驱动、APC及消光比温度补偿电路原理与光模块核心电路设计技术，并简单介绍了半导体激光器的基本结构类型和各自应用特性，着重论述了激光器驱动电路、APC电路、消光比温度补偿电路原理与应用技术，对激光器调制输出接口电路信号与系统也进行了详细的分析计算。
关键词：半导体激光器，驱动，调制电路，APC，温度补偿，阻抗匹配，信号分析，系统
1. 引言
随着全球信息化的高速发展，人们的工作、学习和生活越来越离不开承载着大量信息的网络，对网络带宽的要求还在不断提高，光载波拥有无比巨大的通信容量，预计光通信的容量可以达到40Tb/s，并且和其他通信手段相比，具有无与伦比的优越性，未来有线传输一定会更多的采用光纤进行信息传递。近几年以来，干线传输、城域网、接入网、以太网、局域网等越来越多的采用了光纤进行传输，光纤到路边FTTC、光纤到大楼FTTB、光纤到户FTTH、光纤到桌面FTTD 正在不断的发展，光接点离我们越来越近。在每个光接点上，都需要一个光纤收发模块，模块的接收端用来将接收到的光信号转化为电信号，以便作进一步的处理和识别。模块的发射端将需要发送的高速电信号转化为光信号，并耦合到光纤中进行传输，发射端需要一个高速驱动电路和一个发射光器件，发射光器件主要有发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）。LED 和LD 的驱动电路有很大的区别，常用的
半导体激光器有FP、DFB 和VCSEL 三种。WTD光模块通常所用发射光器件为FP 和DFB 激光器。
2. 半导体激光器
半导体激光器作为常用的光发射器件，其体积小、高频响应好、调制效率高、调谐方便，且大部分激光器无需制冷，是光纤通信系统理想的光源。激光器有两种基本结构类型：
（1）边缘发射激光器，有FP（Fabry-Perot）激光器和分布反馈式（DFB）激光器。FP激光器是应用最广的一种激光器，但是其噪声大，高频响应较慢，出光功率小，因此FP 激光器多用于短距离光纤通信。而DFB 激光器则具有较好的信噪比，更窄的光谱线宽，更高的工作速率，出光功率大，因此DFB 激光器多用在长距离、高速率光传输网络中。（2）垂直腔面发射激光器（VCSEL），是近几年才成熟起来的新型商用激光器，有很高的调制效率和很低的制造成本，特别是短波长850nm 的VCSEL，在短距离多模光纤传输系统中现在已经得到非常广泛的应用。
激光器设计原理讲解
引 言
光纤传感器自20世纪70年代以来，以其具有的灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强、安全可靠等特点取得了飞速的发展。同时，这些特性也使它可以实现某些特殊条件下的测量工作，比起常规检测技术具有诸多优势，是传感技术发展的一个主导方向。
作为光纤传感器中关键的光学元件之一的光源，其稳定度直接影响着光纤传感器的准确度。本文所涉及的光纤传感器采用的是半导体激光器光源，半导体激光器具有单色性好、方向性好、体积小、光功率利用率高等优点，但是，光功率输出受外界环境变化的影响较大。因此，本文针对半导体激光光源的工作原理和特性，设计了一种简单可行的自动功率控制(APC)驱动电路，通过背向监测光电流形成反馈，实现恒功率控制。并且，引入了慢启动电路，防止电源电压的干扰，使激光器不会受到每次开启电源时产生的过流冲击，延长了激光器的使用寿命。经实验验证，该电路解决了激光器在使用中输出功率不稳定的问题，其稳定度优于0.5%，达到了较好的稳流效果。
1 光源的工作原理和特性
目前，实际应用的光源有表面光发射二极管(LED)、激光二极管(LD)、超辐射二极管(SLD)、超荧光光源(SFS)等。随着光纤传感技术的迅速发展，体积小、质量轻、功耗小、容易与光纤耦合的LD等半导体光源应用越来越广泛。本文主要研究半导体LD的驱动设计。
1.1 LD发光机理分析
LD的基本结构为：垂直于PN结面的一对平行平面构成法布里-珀罗谐振腔，它们可以是半导体晶体的解理面，也可以是经过抛光的平面。其余两侧面则相对粗糙，用以消除主方向外其他方向的激光作用。当半导体的PN结加有正向电压时，会削弱PN结势垒，迫使电子从N区经PN结注入P区，空穴从P区经过PN结注入N区，这些注入PN结附近的非平衡电子和空穴将会发生复合，从而发射出波长为λ的光子，其公式
λ=hc/Eg， (1)
式中 h为普朗克常数;c为光速;Eg为半导体的禁带宽度。
高精度半导体激光器驱动电源及温控电路设计
高精度半导体激光器驱动电源及温控电路设计
罗亮;胡佳成;王婵媛;刘泽国
【摘 要】In order to solve the problem that the output power and
wavelength of semiconductor laser light source was easily influenced by
drive current and working temperature in Brillouin optical fiber sensing
system, high-precision constant current drive and temperature control
circuit were designed.Deep negative feedback integrated circuit was used
to control the laser drive current precisely.Integrated temperature control
chip MAX1978 was adopted to control the working current of
semiconductor coolers and achieve the accurate controlment of laser
working temperature.The results show that the design achieves the
adjustment of drive current from 0mA~100mA.The maximum relative error
of current control is 0.06%, current stability is 0.02% and the maximum
error of temperature control is 0.03℃.Under the condition of temperature
激光二极管驱动电路图大全（六款激光二极管驱动电路设计原理图详解）
激光二极管驱动电路图大全（六款激光二极管驱动电路设计原理图详解）
激光二极管驱动电路图（一）
驱动电路图1（左）
电路的基准电压不用常见的电阻分压电路．而是利用晶体管Tr1的Vbe作基准电压，Vbe约为0.7V，即（Im-Ib）& TI mes;Vr1=0.7V，不过Ib很小可以忽略。
Vbe具有2mV／℃的温度特性，故基准电压将随温度变动，即使这样，其温度特性也远比恒流驱动好。
整个电路只用了两只晶体三极管，Vr1用于输出调整兼负荷电阻，是相当简单的APC电路。
激光二极管驱动电路图（二）
驱动电路如上图2（右）
这是一款为提高可靠性而设计的电路．共用了5只晶体三极管。主要特点如下：
取消了调整输出的半可变电阻。
如果Tr5的B-E之间出现短路的话，流过电阻R2的电流几乎就都成为Tr1和Tr2的基极电流，这将使输出增大：不过这时流过Tr2的基极电流Ib将使680Ib+Vbe》2Vbe，结果Tr4导通，旁路部分电流到地，使输出功率受到一定限制。
若Tr1、Tr2的任一个出现C-E间短路．则由于另一个晶体管的存在．不会出现过电流的情况。
除5个晶体管外．其余元件的短路更不会引起输出增大。
电路中R1是基极电阻，兼作电流取样电阻；R5为负荷电阻。
激光二极管驱动电路图（三）
自动功率控制电路是依靠激光器内部的PIN管来检测LD的输出光功率作为反馈的，电路图如图13.6所示。其中Dl是激光器内部的背光检测二极管，由采样电阻将电流转换电压，再由差动放大器放大，经比例积分控制器来调节激光器偏置电流。
对于有制冷器的激光器，还要进行温度控制，特别是用于波分复用的激光器，要求波长稳定，所以必须要有自动温度控制电路。温控电路如图13.7所示： 在图13.7中RZ是热敏电阻，Rl是制冷器，制冷器中电流正向流是加热，反向流是制冷。
激光二极管驱动电路图（四）
激光二极管驱动电路图如下图所示：
一种基于单片机的半导体激光器电源控制系统的设计
龙源期刊网
一种基于单片机的半导体激光器电源控制系统的设计
作者：贾文超 李娟娟 刘增俊 程全喜
来源：《现代电子技术》2008年第05期
摘 要：介绍了一种以C8051F高速单片机为核心的半导体激光器驱动电源的控制系统。半导体激光器的工作电流是通过恒流源及光功率反馈控制的，其中恒流源采用达林顿管作为调整管，他可调整大范围的输出电流，可为半导体激光器提供稳定、连续的电流，并且具有慢启动和保护电路等功能。
关键词：半导体激光器;恒流源;慢启动;C8051F单片机
中图分类号：TP368.1;TN249 文献标识码：B
文章编号：1004373X(2008)0519002
Design of Electric Power Control System by Single Chip for Semiconductor Laser
JIA Wenchao,LI Juanjuan,LIU Zengjun,CHENG Quanxi
(Electrical and Electronic Engineering College,Changchun University of
Technology,Changchun,130012,China)
Abstract：A diode laser output power system controlled by microprocessor C8051F is
presented.The work current of diode laser controlled by stable current source and light power
feedback.This constant current source uses a high power Darlington transistor as the current control
基于ADuC812的半导体激光器智能温控及驱动电源设计
第７卷第１０期２００７年５月 １６７１—１８１９（２００７）１０－２２２０－０５ 科学技术与工程 Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．７ Ｎｏ．１０ Ｍａｙ ２００７ ＠２００７ Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｎｇ．
通信技术
基于ＡＤｕＣ８１２的半导体激光器
智能温控及驱动电源设计
江文杰蔡建乐ｈ 林亚风殷红平
（国防科技大学光电科学与２Ｉｉ程学院，长沙４１００７３；杭州师范大学理学院‘，杭州３１００１８）
摘要设计一种基于ＡＤｕＣ８１２微控制器的半导体激光器驱动及温控系统，以ＡＤｕＣ８１２微转换器为控制核心，用单片机的 Ｄ／Ａ输出和数字ＰＩＤ运算输出分别进行恒流和恒温控制。实验表明：该系统能提供（０—２．５）Ａ长期恒定的电流，纹波系数小 于０．１％；温控精度优于±０．０２￣Ｃ。 关键词半导体激光器 驱动电源 温控 恒流源ＰＩＤ控制 中图法分类号ＴＮ２４８．４； 文献标识码Ａ
半导体激光器泵浦固体激光器（ＤＰＬ）以其体积 小、可靠性高、转换效率高等特点在军事、通讯及医
疗等领域有广泛的应用。但是，半导体激光器的性
能与驱动电流、工作温度密切相关。浪涌等瞬态电
流或电压尖峰等因素很容易使半导体激光器ＰＮ结 被击穿而损坏；电流的起伏会引起光功率的变化；激
光器工作时产生的热量，使器件温度升高，造成激光 中心波长随温度的变化而漂移，也会增大它的阈值
电流，降低转换效率，加速器件的老化，缩短工作寿
命等。因此，为确保半导体激光器安全可靠地工作， 必须为激光器提供具有高电源抑制比、无浪涌电流
的恒流驱动电源及高精度的温度控制电路。
本文根据半导体激光器的工作特性，设计一种 由单片机控制的恒流驱动和温控电路。
１硬件系统设计
该控制系统的硬件由中央处理器及用户交互接
口、温度采样电路、温度控制电路、电流采样电路和
２００７年１月１０日收到 第一作者简介：江文杰（１９６ｏ一），男，湖南人，硕士，副教授，研究 方向：光电检测与信号处理。 ｝通讯作者简介：蔡建乐，Ｅ—ｍａｉｌ：１２￣ｉｊｉａｎｌｅ＠ｙａｈｏｏ．１２ｏｍ．１２１１。 电流控制电路等五个部分组成¨０ Ｊ，如图１所示。
低漂移外腔半导体激光器驱动电路的设计
总第３２卷第２期 ２００９年１２月 时间频率学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｉｍｅ ａｎｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｖｏｌ＿３２ Ｎｏ．２ Ｄｅｃ．，２００９
低漂移外腔半导体激光器驱动电路的设计
刘杰 ，阮军 ，马杰 ，张首刚
（１．中国科学院国家授时中心，西安７１０６００； ２．中国科学院研究生院，北京１０００３９）
摘要：针对自制的８５２ ｎｍ外腔半导体激光器，设计了一套低漂移的外腔半导体激光器驱动电路。 通过恒温控制模块控制激光二极管的温度，高稳恒流源驱动激光二极管，外腔温控电路用于外腔 的温度控制，高压恒压源控制外腔中压电陶瓷的长度。阐述了各部分电路的工作原理，并为降低
激光器的频率漂移对电路做了优化。测试结果显示，１ ｈ内激光器频率漂移降为１５ ＭＨｚ。
关键词：外腔半导体激光器；
中图分类号：ＴＮ７１０ 文献标识码：Ａ 驱动电路；激光器频率漂移
文章编号：１６７４－０６３７（２００９）０２—００９６—０７
外腔半导体激光器具有超窄线宽的优良特性，被广泛应用于精密原子分子光谱学、相干光通讯和原 子钟研究等诸多领域 。新型原子钟装置中，半导体激光器用于冷却原子、抽运原子态与激发原子荧光
等环节，是原子钟的关键器件。 外腔半导体激光器即给激光二极管（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ，ＬＤ）加上外部腔镜以获得超窄线宽
的激光输出 。外腔半导体激光器除了要对ＬＤ的温度和电流进行控制外，还要对外腔的长度进行控制。 外腔半导体激光器的频率漂移一般较大，一个重要原因是外腔温度变化造成的腔内空气介质折射率与腔
体几何尺寸的改变。一般商用的外腔半导体激光器频率漂移为２５０ ＭＨｚ／ｈ（Ｎｅｗｆｏｃｕｓ ７０００系列），国外
实验室的自制激光器一般为２ ＭＨｚ／ｍｉｎ或１５０ ＭＨｚ／８ｈ 。为降低实验室自制的８５２ ａｍ外腔半导体激光 器的频率漂移，我们研制了相应的电路。漂移较小的半导体激光器在研究光与物质相互作用方面具有良
高精度半导体激光器驱动电源系统的设计
高精度半导体激光器驱动电源系统的设计
刘平英;丁友林
【摘 要】介绍一种以DSP TMS320F2812控制模块为核心的高精度半导体激光器驱动电源系统的设计.该系统以大功率达林顿管为调整管加电流负反馈电路实现恒流输出,利用DSP内部集成的模/数转换器对输出电流采样,并经过PI算法处理后控制PWM输出实现动态的误差调整,消除电路中的静止误差.为了提高系统的稳定性,在系统中加入过流、过压保护和延时软启动保护等功能.结果表明,输出电流范围在10～2 500 mA内,输出电流变化的绝对值小于输出电流值的0.1%+1 mA,从而确保了半导体激光器工作的可靠性.
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2009(032)008
【总页数】4页(P166-169)
【关键词】DSP;半导体激光器;PI算法;PWM
【作 者】刘平英;丁友林
【作者单位】金肯职业技术学院,江苏,南京,211156;金肯职业技术学院,江苏,南京,211156
【正文语种】中 文
【中图分类】TN248.1
0 引 言 半导体激光器(LD)是一种固体光源，由于其具有单色性好，体积小，重量轻，价格低廉，功耗小等一系列优点，已被广泛应用。LD是理想的电子-光子直接转换器件，有很高的量子效率，微小的电流和温度变化都将导致其输出光功率的很大变化。因此，LD的驱动电流要求非常高，必须是低噪声、稳定度高的恒流源，一般电源很难满足要求[1-4]。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。这里将以TI公司的DSP芯片TMS320F2812为控制核心，实现带有多种保护的双闭环高精度半导体激光驱动电源系统。
1 系统总体设计
恒流源一般采用集成运算放大器和一些分立元器件及单片机构成的“压控恒流源”方法实现，与纯模拟元件构成的恒流源相比，这种方法在恒流精度和线性度上都有明显的提高。但是该方法中单片机是用作显示与控制电压的给定，并未对输出电流实时检测和控制，属于开环控制系统，影响了恒流源的稳定性及精度。该系统由“压控恒流”电路、信号采样和调理电路、保护电路、键盘、LCD显示、RS 232通信接口以及DSP处理器等环节组成，系统结构框图如图1所示。
ld驱动电路设计
ld驱动电路设计
在LD（激光二极管）驱动电路设计中，通常需要满足以下要求：
1.提供稳定的电流：LD需要稳定的电流才能正常工作，因此驱动电路应具备恒流源的特性，能够提供稳定的电流。
2.快速响应：LD通常需要快速启停，因此驱动电路应具有快速响应能力，以满足LD的启停要求。
3.电压控制：为了调整LD的功率和调制其输出光束，驱动电路应具有电压控制功能。通过调整驱动电压，可以改变通过LD的电流，从而控制其输出光束的功率和调制。
4.温度控制：LD的工作性能受温度影响较大，因此驱动电路应具有温度控制功能。通过监测LD的温度，驱动电路可以调节其输出电流或电压，以保持LD的工作温度稳定。
5.保护功能：为了防止LD过热或过流而损坏，驱动电路应具备保护功能。当检测到LD的工作状态异常时，驱动电路应能够自动减小电流或关闭电路，以保护LD免受损坏。
总之，一个合格的LD驱动电路设计应该考虑以上几个方面，以满足LD的工作要求和确保其可靠、稳定的工作状态。如需更多信息，建议咨询电子工程专家或查阅电子工程相关书籍。