2.1 恒定电路驱动
由于半导体激光器属非线性器件,理想情况下流过激光器的电流与加在器件两端电压成指数关系,所以微小的电压变化可以导致光功率输出的极大变化和器件参数(如激光波长、阈值电流)的变化,这些变化直接影响器件的测试和安全使用。垂直腔面发射激光器的光功率与电流在正常工作区间内基本成线性关系,因而在实际测试中,通常采用电流源的驱动方式。VCSEL器件是直流器件,但为保证激光器能够安全工作,本文采用恒流式的驱动方式,研究并设计制作了恒流式驱动器。该驱动电路主要包括ACC恒流控制电路,可调偏置电路,激光二极管限幅电路,推挽OCL 功放驱动电路和激光二极管保护电路5部分,其电路框罔如图2所示。
ACC恒流控制驱动电路是通过将电阻R两端的电压作为反馈输入,其实质是将LD的驱动电流反馈至输入端,反馈信号再经精密放大器放大、跟随器后,进入到反相求和运算放大器的负相输入端,并与设定值VM进行比较,输出两者之差,经限幅电路,积分电路后,送入推挽功率放大电路的输入端。
2.2 温度控制系统
温度的变化经温度传感器转变为电信号,然后将其与预先给定温度进行比较,偏差信号经P-I控制调节电路处理后驱动制冷器工作,使温度稳定在设定温度附近。温度控制系统电路设计框图如图3所示。
温度传感器选为热敏电阻,用来检测LD的温度,灵敏度高,使用前应先对其进行标定。温度调节器件选用热电制冷器,它是利用帕尔帖效应的半导体制冷器件,体积小、结构简单易控制。工作时,一端制冷,另一端制热,所以可通过改变电流方向变换制冷面、制热面。
3 VCSEL激光器系统分析及结论
对整体激光器系统在常温25%测试了电流稳定度(如图4所示)及激光光谱(如图5所示)。
从以上测量曲线可得出,LD驱动电源电压的纹波峰峰值为14 mV,经计算可得电流稳定度为0.05 mA。