K785—5W半導體激光器驅動技術

摘要：半導體激光器因其良好的性能在光通信技術領域應用范圍很廣，它能直接進行電子-光子的轉換，而且效果很理想。伴隨著光通信的迅猛發展，不僅半導體激光器技術發展的越來越成熟，驅動技術也越來越先進，因為驅動技術是半導體激光器正常工作必不可少的條件。

信標光光源是空間光通信發射模塊的一部分，整個發射系統性能好壞由光信標性能決定，而其驅動電路是衡量光信標性能的重要標準。本文的核心內容是對K785-5W激光器溫度進行控制，通過驅動電路的設計達到改善信標光光源性能的目的。

關鍵詞：半導體激光器 驅動電路 溫度控制 AVR

中圖分類號：TN36 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（a）-0000-00

0引言

半導體激光器有著別的類型激光器不可復制的特點，它體積小方便攜帶，而且其重量輕盈，使用時間要比其他種類的激光器長的多。這些良好的特性決定著它可以涉及到軍事、工業、研究等方面。半導體激光器研發至今迅速搶奪了大部分激光器市場份額，隨之半導體激光器的驅動技術也成為熱點討論的重點方向【1】。

1 K785-5W半導體激光器特性

在完成空間激光通信的任務中，采用高功率激光光源是實現空間激光通信的關鍵。本文選用K785-5W型半導體激光器，其大功率為5W，屬于多模激光二極管，性能優異，品質可靠。性能指標如下：輸出功率5W，中心波長785nm，閾值電流0.38A，工作電流1.93A，工作電壓5.06V【2】。

2溫度控制電路的設計

LD的一些特性參數如輸出波長、閾值電流、功率都與溫度有關。溫度增加的話，對應的輸出波長會增加，在電流不變情況下，溫度越高， 的正方向偏置電壓越大。溫度控制對于驅動電路的作用非常大，溫度越高， 恒流源設計難度越大。溫度變化還會降低 曲線的線性度，減小器件的使用周期，帶來很多問題【3】。

由此可見，對激光器進行溫度控制是在設計激光器驅動方案中非常重要的部分。本論文設計的溫度控制器中是利用半導體制冷器（TEC）具有的體積小，效率高，反應速度快等特點來實現的【4】。本文設計的自動溫度控制系統如圖1所示，直到激光器溫度在要求范圍內，這就實現了對激光器的溫度控制。

圖1 自動溫度控制原理框圖

自動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中最基本和常用的一種算法，它是按照偏差信號的比例、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的數學模型可用式（1）表示：

（1）

代表積分時間常數， 表示比例系數， 表示微分時間常數，系統框圖在2中給出。被控量 和設定值 之差用 表示，比例控制可以控制 減小偏差， 代表控制量。如果 過大，系統不能穩定工作，所以穩態誤差只依靠比例控制難以完全消除。

圖2 PID系統控制框圖

3 軟件設計

軟件流程大致為，首先對單片機進行初始化，這是為了實現對系統的復位以及初始值的設定。然后啟動LD對其溫度進行檢測，并將輸出的電壓信號通過 進行模/數轉換，然后把檢測到的實際溫度值與單片機所設定的溫度值進行比較，之后使用數字 處理輸出信號，再把輸出的控制信號送到 中從而完成了對 的驅動，進而實現了對激光器溫度的控制。

4結束語

本章分別對K785-5W型半導體激光器驅動電路中的溫度控制部分進行了硬件以及軟件的整體設計。在溫度控制中，本文的主要設計思想是：使用熱敏電阻獲得激光器的實際溫度，然后通過單片機比較實際溫度與設定溫度之間的差，并對其進行數字PID補償，最后將輸出控制信號接到TEC上對其進行控制，這樣就達到了控制溫度的效果。

參考文獻

[1] 張金勝. 高功率半導體激光器結構研究[D]. 中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所）.2014

[2] 于望竹. 半導體激光器驅動電源的研制[D]. 哈爾濱工業大學 2010

[3] 周以琳，李金亮，楊勇等. NTC熱敏電阻R-T特性的高精度補償.青島科技大學學報[J]，2010，31（1）：80～82

[4] 齊忠亮. 小功率半導體激光器的恒溫控制與驅動方法的研究[D]. 哈爾濱理工大學 2012