调制型半导体激光器驱动电路设计

半导体激光器是理想的电子-光子直接转换器件，有很高的量子效率，微小的电流变化都将导致其输出光强的很大变化，驱动电源的技术指标及质量直接关系到激光输出功率、效率和寿命。不符合要求的驱动电源会导致激光器的性能急剧恶化乃至失效，因此，作为半导体激光器对电源的要求较高。

（1）半导体激光器是依靠载流子直接注入而工作的，注入电流的稳定性对激光器的输出有直接、明显的影响。因此，要求半导体激光器电源是恒流源，具备很高的电流稳定度和很小的纹波系数，否则会直接影响激光器激光输出功率、波长等的稳定性。

（2）半导体激光器作为一种结型器件，对电流冲击的承受能力很差。因此，半导体激光电源中必须有特殊的抗电流冲击措施和保护电路，具有较高的抗干扰能力和抑制瞬态电流或电压尖峰措施。

（3）对纹波系数要求有特殊要求，能有效抑制谐波干扰和减小电网污染。半导体激光器的驱动技术通常采用电流恒定控制（ACC）、功率恒定控制（APC）和电压恒定控制（AVC），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。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流冲击措施和保护电路。

基于电流负反馈原理设计了包含调制电路、慢启动电路、保护电路和恒流源的驱动电路。利用运算放大器在交流和直流电压的驱动下对驱动电路加载低频调制信号，降低非线性失真；利用三极管的频带及开关特性对激光器加载高频开关调制信号，使激光器能够在不同调制信号下工作，达到对激光器的调制目的。经过试验验证反馈电阻的反馈电流漂移在0.1mA左右，达到了很好的调整目的。

1调制型半导体激光器驱动电路原理

图1所示为电路原理框图，半导体激光器驱动调制电路由四部分组成，包括恒流电路、慢启动、保护和调制信号产生电路。恒流电路产生高稳定度驱动电流。慢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。

如图2所示为低频调制电路原理图。利用运算放大器在电路中通过低频信号可以有效降低非线性失真的特性，设计低频调制电路，通过把交流、直流信号配比后来驱动半导体激光器。

在图3为高频开关调制电路图。利用三极管在饱和状态下导通和截止状态下切断的特性，设计半导体激光器的高频调制电路。当三极管的基极电压为0V时，三极管处于截止状态，集电极没有电流通过，当三极管的基极电压为5V时，三极管处于饱和状态，此时通过激光器的电流要分一部分通过三极管的集电极，随着三极管状态的不断变化，使集电极的电流不断发生变化，最终表现在通过LD的电流发生变化。而三极管基极的电压变化由电阻右端的外接输入电路来调整。

由于三极管的频带较宽，同时在低频条件下非线性失真较大，所以互补了运算放大器在高频条件下无法实现理想调制的缺点，综合考虑为激光器设计出一种在高频条件下利用三极管的开关特性的高频开关调制电路。

2系统性能测试

图4为实际作出的激光器驱动电路实物图，所用激光器为带多模光纤耦合输出的可见光635nm半导体激光器，工作电流为50mA，在未加调制时激光器输出光功率稳定，表明电路设计合理。

图5所示为在调制时光电探测器探测的激光器 输出光强信号。当用低频正弦调制激光器时，激光器输出光强也正弦变化，而且失真较小。当用高频开关调制光器时激光器输出光强开关变化，但是存在高频失真。

表1是通过观察反馈电阻（阻值为1Ω）的电压变化，可以得到反馈电压的漂移范围在0.1mV范围内，通过反馈电阻的电流漂移就在0.1mA范围内，使反馈的电流能够在很好的范围内稳定。

基于电流负反馈原理设计了包含调制电路、慢启动电路、保护电路和恒流源的驱动电路。利用运算放大器在交流和直流电压的驱动下对驱动电路加载低频调制信号，降低非线性失真；利用三极管的频带及开关特性对激光器加载高频开关调制信号，使激光器能够在不同调制信号下工作，达到对激光器的调制目的。经过试验验证反馈电阻的反馈电流漂移在0.1mA左右，达到了很好的调整目的