K785—5W半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)技術(shù)

摘要：半導(dǎo)體激光器因其良好的性能在光通信技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用范圍很廣，它能直接進(jìn)行電子-光子的轉(zhuǎn)換，而且效果很理想。伴隨著光通信的迅猛發(fā)展，不僅半導(dǎo)體激光器技術(shù)發(fā)展的越來(lái)越成熟，驅(qū)動(dòng)技術(shù)也越來(lái)越先進(jìn)，因?yàn)轵?qū)動(dòng)技術(shù)是半導(dǎo)體激光器正常工作必不可少的條件。

信標(biāo)光光源是空間光通信發(fā)射模塊的一部分，整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)性能好壞由光信標(biāo)性能決定，而其驅(qū)動(dòng)電路是衡量光信標(biāo)性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。本文的核心內(nèi)容是對(duì)K785-5W激光器溫度進(jìn)行控制，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)達(dá)到改善信標(biāo)光光源性能的目的。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體激光器 驅(qū)動(dòng)電路 溫度控制 AVR

中圖分類號(hào)：TN36 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）01（a）-0000-00

0引言

半導(dǎo)體激光器有著別的類型激光器不可復(fù)制的特點(diǎn)，它體積小方便攜帶，而且其重量輕盈，使用時(shí)間要比其他種類的激光器長(zhǎng)的多。這些良好的特性決定著它可以涉及到軍事、工業(yè)、研究等方面。半導(dǎo)體激光器研發(fā)至今迅速搶奪了大部分激光器市場(chǎng)份額，隨之半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)技術(shù)也成為熱點(diǎn)討論的重點(diǎn)方向【1】。

1 K785-5W半導(dǎo)體激光器特性

在完成空間激光通信的任務(wù)中，采用高功率激光光源是實(shí)現(xiàn)空間激光通信的關(guān)鍵。本文選用K785-5W型半導(dǎo)體激光器，其大功率為5W，屬于多模激光二極管，性能優(yōu)異，品質(zhì)可靠。性能指標(biāo)如下：輸出功率5W，中心波長(zhǎng)785nm，閾值電流0.38A，工作電流1.93A，工作電壓5.06V【2】。

2溫度控制電路的設(shè)計(jì)

LD的一些特性參數(shù)如輸出波長(zhǎng)、閾值電流、功率都與溫度有關(guān)。溫度增加的話，對(duì)應(yīng)的輸出波長(zhǎng)會(huì)增加，在電流不變情況下，溫度越高， 的正方向偏置電壓越大。溫度控制對(duì)于驅(qū)動(dòng)電路的作用非常大，溫度越高， 恒流源設(shè)計(jì)難度越大。溫度變化還會(huì)降低 曲線的線性度，減小器件的使用周期，帶來(lái)很多問(wèn)題【3】。

由此可見(jiàn)，對(duì)激光器進(jìn)行溫度控制是在設(shè)計(jì)激光器驅(qū)動(dòng)方案中非常重要的部分。本論文設(shè)計(jì)的溫度控制器中是利用半導(dǎo)體制冷器（TEC）具有的體積小，效率高，反應(yīng)速度快等特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的【4】。本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)如圖1所示，直到激光器溫度在要求范圍內(nèi)，這就實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光器的溫度控制。

圖1 自動(dòng)溫度控制原理框圖

自動(dòng)溫度控制的核心部分就是PID（Proportional Integral Differential）控制部分。PID控制算法是模擬系統(tǒng)中最基本和常用的一種算法，它是按照偏差信號(hào)的比例、積分、微分三者的合理組合而得到比較滿意的控制效果的算法。PID的數(shù)學(xué)模型可用式（1）表示：

（1）

代表積分時(shí)間常數(shù)， 表示比例系數(shù)， 表示微分時(shí)間常數(shù)，系統(tǒng)框圖在2中給出。被控量 和設(shè)定值 之差用 表示，比例控制可以控制 減小偏差， 代表控制量。如果 過(guò)大，系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作，所以穩(wěn)態(tài)誤差只依靠比例控制難以完全消除。

圖2 PID系統(tǒng)控制框圖

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件流程大致為，首先對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化，這是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的復(fù)位以及初始值的設(shè)定。然后啟動(dòng)LD對(duì)其溫度進(jìn)行檢測(cè)，并將輸出的電壓信號(hào)通過(guò) 進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把檢測(cè)到的實(shí)際溫度值與單片機(jī)所設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，之后使用數(shù)字 處理輸出信號(hào)，再把輸出的控制信號(hào)送到 中從而完成了對(duì) 的驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光器溫度的控制。

4結(jié)束語(yǔ)

本章分別對(duì)K785-5W型半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電路中的溫度控制部分進(jìn)行了硬件以及軟件的整體設(shè)計(jì)。在溫度控制中，本文的主要設(shè)計(jì)思想是：使用熱敏電阻獲得激光器的實(shí)際溫度，然后通過(guò)單片機(jī)比較實(shí)際溫度與設(shè)定溫度之間的差，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)字PID補(bǔ)償，最后將輸出控制信號(hào)接到TEC上對(duì)其進(jìn)行控制，這樣就達(dá)到了控制溫度的效果。

參考文獻(xiàn)

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