基于MAX1968的激光光源設(shè)計(jì)

1、基于MAX1968勺激光光源設(shè)計(jì)摘要：針對激光光源極易受溫度影響的問題，根據(jù)半導(dǎo)體激光器(laserdiode)的光輸出特性，提出了一種新的激光光源設(shè)計(jì)方案，以max1968芯片為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一種ld溫度控制電路，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和調(diào)控激光器的溫度，達(dá)到穩(wěn)定激光器輸出功率的目的。通過實(shí)際試驗(yàn)證明，該光源穩(wěn)定可靠，有著較大的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體激光器(laserdiode)max1968溫度控制電路中圖分類號(hào)：tn29文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：1007-9416(2012)02-0119-02designoflaserdiodesourcebasedonmax1968abstractconsi

2、deringtheproblemoflasersourceeasilyaffectedbytemperature,andaccordingtothelightoutputcharacteristicoflaserdiode(ld),anewdesignschemeoflasersourcewasproposed.basedonmax1968chip,akindofldtemperaturecontrolcircuitwasdesigned,whichcantimelymonitorandcontrolthetemperatureofld,aimedatsteadyingldoutputpowe

3、r.throughtheactualtestshowsthattheldsourceisstableandreliable,andhasgreatpracticalvalue.keywords:laserdiode(ld)max1968temperaturecontrolcircuit由于體積小、功耗低、壽命長和易于調(diào)制，半導(dǎo)體激光器(laserdiode)作為一種新型激光光源已廣泛應(yīng)用于通訊、醫(yī)療和測量等各個(gè)領(lǐng)域1。因此半導(dǎo)體激光電源的可靠性、穩(wěn)定性也就顯得格外重要。由于激光器的發(fā)射譜線、倍頻晶體的相位匹配等對溫度十分敏感，在對波長穩(wěn)定性要求較高的場合，諸如干涉測量和光譜吸收氣體檢測待高精度

4、測量應(yīng)用中，必須對ld溫度進(jìn)行精確控制2。溫度的變化嚴(yán)重影響著整個(gè)器件的性能，因此，溫度控制電路對整個(gè)激光器件的品質(zhì)是非常關(guān)鍵的。1、半導(dǎo)體激光器的輸出特性圖1是一種典型的半導(dǎo)體激光器在不同溫度下的輸出功率與正向驅(qū)動(dòng)電流的關(guān)系曲線。從圖中可以得出：當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流小于閾值（具體大小隨不同半導(dǎo)體激光器不同而變化），這時(shí)的半導(dǎo)體激光器不能正常工作，只有當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流增大到一定電流時(shí)，半導(dǎo)體激光器才開始正常工作而發(fā)出激光。而且半導(dǎo)體激光器的閾值電流受溫度的影響很大，溫度越低，相應(yīng)的閾值電流越小；同理，溫度越高，閾值電流越大。在一確定溫度下，光輸出功率隨著驅(qū)動(dòng)電流的增大而迅速增加，并近似呈線性上升。同樣地，當(dāng)驅(qū)

5、動(dòng)的電流為一確定值，而環(huán)境溫度改變，激光器的輸出光功率也將隨之發(fā)生變化，溫度變化范圍越大，激光器輸出功率的變化也越大。當(dāng)溫度上升時(shí)，激光器輸出光功率將降低，此時(shí)為了保持激光輸出光功率穩(wěn)定而增大驅(qū)動(dòng)電流，最終可能因驅(qū)動(dòng)電流過大而燒毀激光器。因此，對半導(dǎo)體激光器進(jìn)行溫度控制以穩(wěn)定激光器的光功率輸出是當(dāng)務(wù)之急。2、溫度控制電路本設(shè)計(jì)中，溫度控制電路是由熱電致冷器（tec）,溫度反饋電路和熱電致冷器驅(qū)動(dòng)電路組成。其中，熱電致冷器是利用peltier效應(yīng)進(jìn)行制冷或加熱的半導(dǎo)體器件。熱電致冷器的工作原理是在tec兩端加上直流工作電壓會(huì)使tec的一端發(fā)熱，另一端致冷；當(dāng)把熱電致冷器兩端的電壓反向則會(huì)使先前發(fā)

6、熱端變成制冷，制冷端變成發(fā)熱端。max1968乍為tec的驅(qū)動(dòng)芯片，采用直接電流控制，消除了tec中的浪涌電流。該芯片是maxim公司推出的高性價(jià)比和高效率開關(guān)型驅(qū)動(dòng)器，適用于peltier熱電制冷器模塊。max1968由單電源驅(qū)動(dòng)，能夠提供土3a雙極性輸出，其功能框圖如圖2所示。max1968主要由兩個(gè)開關(guān)型同步降壓穩(wěn)壓器組成。在兩個(gè)同步降壓穩(wěn)壓器輸出端配有高效mosfet,由1x1、1x2引出，經(jīng)過lc濾波驅(qū)動(dòng)tec。兩個(gè)穩(wěn)壓器同時(shí)工作產(chǎn)生一個(gè)差動(dòng)電壓，直接控制tec電流，實(shí)現(xiàn)tec電流的雙向控制，雙極性工作避免了線性驅(qū)動(dòng)所存在的“死區(qū)”問題，以及輕載電流時(shí)的非線性問題，能夠?qū)崿F(xiàn)無“死區(qū)”

7、溫度控制。外部控制電路的輸出電壓加在tec電流控制輸入端ctll,直接設(shè)置tec電流。一般tec+接os2,tec-接os1,os1和os2不是功率輸出，而是用來感測通過tec的電流，流過tec的電流由下式確定：式中：rsense為tec電流的感應(yīng)電阻；vctll為外部控制電路的輸出電壓；vref為參考電壓（1.5v）。假設(shè)正向電流為加熱，則vctl1大于1.5v為加熱，電流的流向從os2到os1,os1、os2、cs這3個(gè)引腳的電壓關(guān)系為：vos2大于vos1大于vcs,反之則制冷。通過少許加熱或制冷可避免控制系統(tǒng)在調(diào)整點(diǎn)非常接近環(huán)境工作點(diǎn)時(shí)的振蕩。max1968采用薄型28引腳tssop-

8、ep封裝，工作于-40C到+85C的溫度范圍。芯片還提供了一系列的保護(hù)和監(jiān)測功能：tec電壓限制功能，max1968為tec提供了最大壓差控制；限制流過tec最大的正向和反向電流，并且是獨(dú)立控制的?？筛鶕?jù)使用的tec在ref和gnd之間通過分壓電阻，在引腳maxip和maxin端設(shè)置；itec為輸出，用以監(jiān)測流過tec的電流，是通過cs與os1之間的電流感應(yīng)電阻取樣，此輸出電壓與流過tec的電流成正比。圖3所示為半導(dǎo)體激光器溫度控制器的tec驅(qū)動(dòng)電路原理圖。外部控制電路的輸出電壓加在tec電流控制輸入端ctl1,其電路為圖4所示。熱敏電阻rt上的電壓信號(hào)代表溫度的變化，該信號(hào)經(jīng)過處理后與基準(zhǔn)電

9、壓比較。本設(shè)計(jì)中基準(zhǔn)值是3v（對應(yīng)的溫度值為25C）,當(dāng)感知的溫度大于25c時(shí)，傳輸給max1968的電壓值將小于3v,max1968a輸出+3v的電壓，驅(qū)動(dòng)tec制冷；當(dāng)傳感器感知的溫度小于25c時(shí)，傳輸給max1968的電壓值將大于3v,max1968#輸出-3v的電壓，驅(qū)動(dòng)tec制熱。3、測試結(jié)果該電路經(jīng)調(diào)試并經(jīng)過3h老化后，再對半導(dǎo)體激光器溫度進(jìn)行測量。圖5為半導(dǎo)體激光器溫度控制的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。激光型號(hào)ldm3s80series0該器件封裝形式為常見的dip封裝，具額定工作電流可達(dá)到100ma實(shí)際測量實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境溫度為22.8C,設(shè)置激光二極管的工作溫度為常溫(25C)。系統(tǒng)穩(wěn)定后，從圖中

10、曲線可以看出，激光二極管的工作溫度基本穩(wěn)定在25c左右，溫度偏差在士0.1C內(nèi)，本設(shè)計(jì)很好地控制了激光功率的穩(wěn)定輸出。4、結(jié)語通過試驗(yàn)，表明該方案具有設(shè)計(jì)簡單、實(shí)用性強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)在一定的溫度范圍內(nèi)，能有效地對半導(dǎo)體激光器的工作溫度進(jìn)行監(jiān)測與控制。參考文獻(xiàn)1孫曉明.半導(dǎo)體激光干涉理論及應(yīng)用m.北京：國防工業(yè)出版社,1998,5-8.2萬小平，金雷，陳腱延，馬萬云.基于max1968的半導(dǎo)體激光溫控電路設(shè)計(jì)用.微計(jì)算機(jī)信息，2006,(12).3林達(dá)權(quán).數(shù)字光纖通信設(shè)備m.西安：西安電子科技大學(xué)出版社,1998.出師表兩漢：諸葛亮先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此誠危急存亡之秋

11、也。然侍衛(wèi)之臣不懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報(bào)之于陛下也。誠宜開張圣聽，以光先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作奸犯科及為忠善者，宜付有司論其刑賞，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使內(nèi)外異法也。侍中、侍郎郭攸之、費(fèi)祎、董允等，此皆良實(shí)，志慮思純，是以先帝簡拔以遺陛下：愚以為宮中之事，事無大小，悉以咨之，然后施行，必能裨補(bǔ)闕漏，有所廣益。將軍向?qū)?，性行淑均，曉暢軍事，試用于昔日，先帝稱之日能”，是以眾議舉寵為督：愚以為營中之事，悉以咨之，必能使行陣和睦，優(yōu)劣得所。親賢臣，遠(yuǎn)小人，此先漢所以興隆也；親小人，遠(yuǎn)賢臣，此后漢所以傾頹也。先帝在時(shí),每與臣論此事，未嘗不嘆息痛恨于桓、靈也。侍中、尚書、長史、參軍，此悉貞良死節(jié)之臣，愿陛下親之、信之，則漢室之隆，可計(jì)日而待也U。臣本布衣，躬耕于南陽，茍全性命于亂世，不求聞達(dá)于諸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顧臣于草廬之中，咨臣以當(dāng)世之事，由是感激，遂許先帝以驅(qū)馳。后值傾覆，受任于敗軍之際，奉命于危難之間，爾來二十有一年矣。先帝知臣謹(jǐn)慎，故臨崩寄臣以大事也。受命以來，夙夜憂嘆，恐托付不效，以傷先帝之明；故五月渡瀘，深入