光纖激光器泵浦源驅動電路的設計

郝震 南京諾派激光技術有限公司

一、泵浦源驅動電路分析

光纖激光器整體結構構造相當緊湊，它的整體體積較小且工作穩定可靠，易于集成，是當前固體激光技術實用化的最優選擇。在它的內部結構中，泵浦源驅動電路占據較大部分，它作為激光工作介質達到粒子束部分為光纖激光器反轉提供外界能源，所以它的光纖傳輸近紅外波相對偏長，峰值功率相對較高，熱光畸變非常之小且使用壽命較長，擁有良好的光束質量。

泵浦源電路之所以重要還因為光纖激光器只有在外部激勵或泵浦作用下才能保證實現物質處于粒子束反轉狀態，所以說泵浦源驅動電路的輸出穩定性也直接決定了光纖激光器的穩定性。在泵浦源中主要包含了控制功率的APC電路、熱敏電阻、光電探測器、半導體制冷器、ATC 電路與激光等等。這其中APC 電路最為重要，它主要負責保障二極管LD 輸出光功率的高穩定性，同時如果出現熱量不足或無法及時散發情況下，有效增加二極管LD 溫度，穩定激光器使用性能。

結合光纖激光器的整體結構對泵浦源驅動電路中的恒流電路進行分析，恒流電路本身由三極管Q2、高頻功率放大器Q3 所組成，屬于復合管結構，可用于電流放大。它可有效防止共用端負載加載到反饋網絡上，主要利用二極管LD 串聯調整Q3 部分，實現對二極管LD驅動電流的有效控制。

二、泵浦源驅動電路的設計應用

泵浦源驅動電路中包括了恒流電路和保護電路，下文主要要圍繞這兩個電路展開設計。

（一）恒流電路的設計應用

要首先分析光纖激光器中的半導體激光器部分，其對電流要求相當高，要避免它承受超出范圍的正向電流，否則可能導致泵浦源驅動電路受損甚至功能失效。在設計前，需要明確一點其恒流驅動方式必須低噪聲，設計紋波相對偏小的恒流電路，在電路供電電源AC/DC 穩壓后正常輸出電壓。

通過理論計算可計算獲得二極管LD 中的驅動電流與輸入控制電壓，二者應當形成最基本的線性關系，獲得以下關系即：

根據上式可證明電流與泵浦源驅動電路中的元器件特性是呈現穩定正比例關系的，它們與輸入電壓穩定性之間也存在密切關系。

（二）保護電路的設計應用

在泵浦源驅動電路中，需要對其半導體激光器進行特別設計，明確設計中所存在的工藝與材料限制，避免在設計改造過程中元器件出現損壞問題。根據分析，需要首先確保泵浦源驅動電路中的驅動電源滿足二極管LD 安全運行要求，定位半導體激光器核心即PN 結，避免其承受反向過電壓與擊穿損壞情況出現，同時確保與二極管LD實現分流，合理規避反向浪涌所產生電流直接擊穿激光器，消除浪涌沖擊。如果出現激光器承受正向電流超出其允許最大電流值，需要對其性能影響進行深度分析，保護繼電器部分。必要時可設計過載保護電路，對其實施過流與過壓保留戶，構成過壓保護電路體系。

三、泵浦源驅動電路的設計結果研討

最后對泵浦源驅動電路的設計結果進行研討分析。考慮到光纖激光器系統的單片機驅動電壓達到1.4V，且系統采用+5V 供電，所以必須靈活調節輸入驅動電壓，確保延遲時間范圍被控制在500ms內，有效消除系統開關所造成的電流突變，進而保護激光器部分。同時，需要測量散熱措施，避免設備溫度過高對激光器泵浦電流穩定度造成負面影響。

最后對泵浦源驅動電路中驅動電流的穩定度進行分析，確保其測量值標準差與平衡值比值在合理范圍內。例如以9ms 時間為例，它的電壓值應該在1.25~1.50mV 范圍內。時間控制在39~40ms，電壓應該在2.50mV 左右。

四、總結

在光纖激光器中對泵浦源驅動電路進行設計，可有效保證系統驅動電路慢啟動、過流保護與防浪涌保護功能到位，同時它能夠為電路溫流提供良好輔助，可實現對中小型功率激光器的有效驅動，保證該類設備穩定生產運行。在本文看來，光纖激光器的其它電路也可參考運用這一設計內容，重點將泵浦源驅動電路中的功率控制、過熱保護電路作為重點研究，確保設計出更好的光纖激光器設備，提高設備生產運行整體能力與安全可靠穩定性。