半導(dǎo)體激光器具有哪些優(yōu)缺點及如何進(jìn)行驅(qū)動設(shè)計？

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體激光器技術(shù)已深入到國民經(jīng)濟和國防建設(shè)的各個領(lǐng)域。半導(dǎo)體激光器具有其它激光器無法比擬的特性，比如：常見的激光器如He-Ne激光器，采用高壓激發(fā)(約1500V)，而半導(dǎo)體激光器采用3～5V的低電壓激發(fā)，相比之下，半導(dǎo)體激光器的激勵方式較為安全，并且效率比普通激光器高數(shù)十倍;在一些測量儀器中，選用半導(dǎo)體激光器照明，能滿足單色性好，相干性好，光束準(zhǔn)直，精度高等要求，在遠(yuǎn)距離通訊、激光雷達(dá)、數(shù)字信號的存儲和恢復(fù)、激光測距、機器人、全息應(yīng)用、醫(yī)學(xué)診斷等方面都有廣泛的應(yīng)用。但半導(dǎo)體激光器對工作條件要求苛刻，在不適當(dāng)?shù)墓ぷ骰虼娣艞l件下，會造成性能的急劇惡化乃至失效。所以，使激光器正常工作的激光器驅(qū)動電源就顯得尤為重要。因而在實際應(yīng)用中對激光器驅(qū)動器的性能有著很高的要求。

半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用廣泛，因而其相應(yīng)的驅(qū)動技術(shù)也顯得越來越重要。半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動技術(shù)通常采用恒電流驅(qū)動方式，在此工作方式中，通過電學(xué)反饋控制回路，直接提供驅(qū)動電流電平的有效控制，由此獲得最低的電流偏差和最高LD(Laser Diode)輸出的穩(wěn)定性。整體的設(shè)計思想是運用負(fù)反饋原理穩(wěn)定輸出電流，由此獲得最低的電流偏差和最高的電流輸出穩(wěn)定性。

半導(dǎo)體激光器的激勵方法通常多采用電流注入形式，當(dāng)注入電流大于閾值電流Ith時，輻射功率隨電流的增加而迅速地增大。因此，可以通過改變半導(dǎo)體激光器的注入電流來調(diào)整其輸出的光功率。而對半導(dǎo)體激光器進(jìn)行控制，通常采用自動控制的方法，它包括恒電流控制(ACC)，恒功率控制(APC)，電壓恒定控制(AVC)。

在APC工作方式下，采用光電探測器(PD)接收一小部分激光功率并轉(zhuǎn)化為監(jiān)測電流，改監(jiān)測電流經(jīng)過測電流經(jīng)過電流/電壓轉(zhuǎn)換后，通過APC反饋網(wǎng)絡(luò)與設(shè)定值比較，從而形成閉環(huán)負(fù)反饋控制。當(dāng)激光輸出功率受溫度等因素影響發(fā)生變化時，該負(fù)反饋可控制光功率使其穩(wěn)定不變。

AVC是特定場合下簡單而又游泳的模式，當(dāng)要求LD的驅(qū)動電壓恒定時，可以采用此模式。在ACC工作方式中，通過電流采樣反饋為電流驅(qū)動單元提供有源控制，從而是電流漂流最小且使LD輸出穩(wěn)定性最大，與溫度控制配合使用效果更好。現(xiàn)如今常用的半導(dǎo)體激光設(shè)備工作用恒流源，主要是應(yīng)用了場效應(yīng)管的導(dǎo)通特性以及晶體管的對稱連接鏡像恒流原理來實現(xiàn)。要得到穩(wěn)定的輸出，必須使注入電流穩(wěn)定，這就要采用恒流源。

半導(dǎo)體激光器驅(qū)動調(diào)制電路由四部分組成，包括恒流電路、慢啟動、保護(hù)和調(diào)制信號產(chǎn)生電路。恒流電路產(chǎn)生高穩(wěn)定度驅(qū)動電流。慢啟動的作用是消除電路中可能存在的浪涌，防止浪涌對激光器的危害。為避免由于過流等因素引起半導(dǎo)體激光器不可恢復(fù)的損壞，則在驅(qū)動電路中加入限流保護(hù)。調(diào)制信號產(chǎn)生電路實現(xiàn)調(diào)制和頻率可調(diào)。

利用運算放大器在電路中通過低頻信號可以有效降低非線性失真的特性，設(shè)計低頻調(diào)制電路，通過把交流、直流信號配比后來驅(qū)動半導(dǎo)體激光器。再利用三極管在飽和狀態(tài)下導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)下切斷的特性，設(shè)計半導(dǎo)體激光器的高頻調(diào)制電路。當(dāng)三極管的基極電壓為0V時，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，集電極沒有電流通過，當(dāng)三極管的基極電壓為5V時，三極管處于飽和狀態(tài)，此時通過激光器的電流要分一部分通過三極管的集電極，隨著三極管狀態(tài)的不斷變化，使集電極的電流不斷發(fā)生變化，最終表現(xiàn)在通過LD的電流發(fā)生變化。而三極管基極的電壓變化由電阻右端的外接輸入電路來調(diào)整。由于三極管的頻帶較寬，同時在低頻條件下非線性失真較大，所以互補了運算放大器在高頻條件下無法實現(xiàn)理想調(diào)制的缺點，綜合考慮為激光器設(shè)計出一種在高頻條件下利用三極管的開關(guān)特性的高頻開關(guān)調(diào)制電路。

基于電流負(fù)反饋原理設(shè)計了包含調(diào)制電路、慢啟動電路、保護(hù)電路和恒流源的驅(qū)動電路。利用運算放大器在交流和直流電壓的驅(qū)動下對驅(qū)動電路加載低頻調(diào)制信號，降低非線性失真;利用三極管的頻帶及開關(guān)特性對激光器加載高頻開關(guān)調(diào)制信號，使激光器能夠在不同調(diào)制信號下工作，達(dá)到對激光器的調(diào)制目的。經(jīng)過試驗驗證反饋電阻的反饋電流漂移在0.1mA左右，達(dá)到了很好的調(diào)整目的。