半导体激光器自动功率控制电路设计

概述：
半导体激光器具有光学特性优秀、单色性好、体积小和寿命长等一系列的优点，随着科技的发展，已被广泛应用在国防、通信、医疗和测量等领域中。半导体激光器需要专用的驱动电路，一般均采用恒流源电路。市场上专业的激光器驱动设备性能好，功能强大，然而价格昂贵，体积较大，对产品开发来说，一款小巧、功能简单、性能稳定、价格低廉的激光器驱动电路很具有实用价值。
在 传感和检测等应用领域，往往需要激光器工作在恒定功率状态，而半导体激光器是非线性器件，受温度等影响较大，电路中电阻等元器件的老化也会改变半导体激光 器的特性，因此需要补偿各种因素产生的影响。而在发射阈值电流以上时，半导体激光器的发光功率与驱动电流成线性关系，这使得通过控制驱动电流来调整发光功 率成为可能。

电路工作原理分析
图1所示为激光器自动功率控制系 统原理框图，整体电路形成一个闭合环路，通过负反馈机制稳定激光器的输出功率。该驱动电路由电压比较器、电容充放电模块、恒流源和反馈回路构成，电容充放 电模块根据比较器输出电压的高低循环跳变来对电容进行充放电，最终将其电压值稳定在某预设值，从而间接控制恒流源的输入电压，并进一步控制激光器电流，恒 流源直接驱动LD激光器，它的输入电压和激光器驱动电流成正比例关系。

图1 激光器自动功率控制系统原理图

系统上电后，电压比较器的正端设定正电压值VSET，负端电压假设为0，则比较器输出的低电平致使电容充放电模块对电容充电，随着电容电压的缓慢上升，恒流源的驱动电流不断升高，激光器输出光强不断升高，PIN探测电流变大，从而导致反馈回路输出电压升高，直至高过比较器正端电压VSET后，比较器输出由低电平跳变为高电平，接着执行上述过程的反过程：电容放电、激光器功率减小，由此循环往复，最终稳定激光器发光功率。