通過遵循控制二極管激光器特性的幾個簡單規(guī)則，驅(qū)動二極管激光器的過程就變得不再那么神秘了。在閾值電流以下，二極管激光器僅通過自發(fā)輻射發(fā)出 LED 光。而在閾值電流及以上時，它開始產(chǎn)生激光光，且隨著二極管工作電流的增加，光輸出功率會急劇上升。在最大功率范圍內(nèi)，光輸出功率與二極管電流之間的關系是線性的，這一關系被稱為差分效率（圖 1）。

圖1、二極管激光器的輸出功率是工作電流的函數(shù)。Pout =輸出功率；I =電流；Th =閾值；T =溫度；J =結(jié)（激光芯片中激光輻射發(fā)源的地方）；Iop =驅(qū)動二極管激光器的工作電流

在處理二極管激光器時，一個常常被忽視的因素是溫度對光輸出功率與工作電流之間關系的影響。隨著溫度的升高，閾值電流會增加，而光輸出功率會提高，而差效率則會降低。因此，驅(qū)動電路應具備一種安全功能，以確保溫度的顯著升高不會損壞激光器。

電源選擇

任何用于二極管激光器的驅(qū)動電路都應配備一個經(jīng)過良好濾波的電源，該電源應盡可能高效地阻斷感性負載和其他干擾源。使用電池供電可以解決這個問題，但在許多工業(yè)應用中這并非可行方案。盡量縮短二極管激光器與驅(qū)動電路之間的連接通常有助于減少干擾。

集成驅(qū)動電路具備多種功能和安全保障措施，并且所需附加組件較少。一個簡單的電阻調(diào)節(jié)器通常能夠設定工作點。重要的是，二極管激光器在自動電流控制或自動功率控制運行模式下，始終需要有穩(wěn)定的驅(qū)動電路。標準實驗室電源不適于直接驅(qū)動它們。

二極管激光器的波長會隨溫度變化而變化。對于典型的砷化鎵鋁二極管而言，其變化幅度約為 0.25 納米/攝氏度，這種變化會逐漸進行，同時還會伴有突然的階梯式躍變（模式跳躍）。

在自動電流控制操作中，精確的溫度控制能為光輸出功率帶來最佳的穩(wěn)定性。由于二極管存在溫度依賴性，因此必須對溫度進行調(diào)節(jié)，以保持其恒定，并防止其超過臨界值。

在工業(yè)應用中，例如光障和距離測量傳感器這類環(huán)境溫度會變化的設備中，自動功率控制系統(tǒng)通常具有操作簡便的特點。傳統(tǒng)的自動功率控制驅(qū)動電路還具備軟啟動電路、濾波尖峰、過壓以及其他瞬態(tài)現(xiàn)象。

恒定功率

功率調(diào)節(jié)器能夠保證輸出功率的恒定。然而，如果溫度無法得到有效控制，波長就會發(fā)生變化，模式也會發(fā)生跳躍。即使在這種情況不會造成問題的應用中，也應當有足夠的散熱能力。如果沒有散熱措施，由于自身發(fā)熱等原因?qū)е碌臏囟壬仙龑�會降低效率。調(diào)節(jié)器電路通過不斷增加激光電流來補償這一問題，以試圖保持輸出功率的恒定。如果沒有電流限制器或安全停機電路，二極管可能會受損甚至被毀壞。

自動功率控制通過將一個監(jiān)測二極管集成到激光封裝中來實現(xiàn)反饋。帶有集成監(jiān)測二極管的激光器有三種配置，它們的公共端都連接到外殼上，而外殼通常會與地電連接。集成監(jiān)測二極管的輸出不適用于校準。在給定的輸出功率下，不同激光器的監(jiān)測電流可能會相差 10 倍。

圖 2、三種可用的二極管激光器配置（P 型、N 型和 M 型）需要不同的驅(qū)動原理。MD = 監(jiān)測二極管；LD = 激光二極管

在選擇驅(qū)動電路時，必須考慮其配置，因為每種類型都需要不同的驅(qū)動原理（圖 2）。N 型二極管需要來自負電源電壓的輸出驅(qū)動器以及負參考的監(jiān)測電流輸入。P 型二極管需要來自正電源電壓的輸出驅(qū)動器，并且監(jiān)測輸入連接到正端。M 型二極管必須具有雙電源，其驅(qū)動輸出來自正端，監(jiān)測電流輸入采用負參考。這三種變體中的每一種都需要其自身的優(yōu)化驅(qū)動配置。一些驅(qū)動器件包含連接兩種甚至全部三種變體的接口。然而，唯一的限制是，激光二極管封裝并不總是能夠連接到地端，就像圖中所示的那樣。

冷卻

在大多數(shù)應用中，尤其是在連續(xù)波運行的情況下，散熱器是必不可少的，其作用是防止芯片溫度過度升高，從而避免對二極管激光器造成損壞或破壞。較低的運行溫度通常會延長其使用壽命。據(jù)統(tǒng)計，運行溫度每降低 10°C，其使用壽命就會翻倍。

即使激光是由合適的集成驅(qū)動器驅(qū)動的，該裝置的組裝過程仍需極其小心。如果驅(qū)動裝置沒有安全停機電路或電流限制器，那么在監(jiān)控路徑出現(xiàn)斷路時，就可能會因過電流而造成損壞。切勿通過開關或繼電器來斷開驅(qū)動器和二極管激光器的連接。各種驅(qū)動裝置都有各自用于實現(xiàn)無尖峰電源啟動和停止以及激光二極管脈沖的功能。

為了確保最長的使用壽命和穩(wěn)定的運行，需要配備一個結(jié)合溫度調(diào)節(jié)器的自動電流控制電路，或者一個自動功率控制單元。即使是電流超出閾值的極小幅度變化，也會導致輸出功率顯著增加以及光學輸出功率臨界值的迅速超出。在自動電流和功率控制系統(tǒng)中，采取有效的冷卻措施對于穩(wěn)定運行和延長激光二極管的使用壽命至關重要。

轉(zhuǎn)自：光子位

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