一种激光二极管精密驱动电路

051F007作为驱动电路数据采集和控制的微处理芯片，可以通过接头连接下载器下载程序，用以控制单片机工作，AD和DA转换接口分别连接电流控制芯片和温度控制芯片，用以设置和监测输出电流和工作温度，单片机可通过串口将所测量的激光二级管参数发送给计算机进行接收和显示。

3 电路测试及结果分析

电路设计制作完成后，进行实验测试，以验证其工作性能。实验中选用的激光二极管是日本SANYO公司生产的GaAlAs红光激光二极管DL-

3148-025，中心波长635nm，额定输出功率5mW，阈值电流20mA。结合激光二极管的热传导方式，本文设计了一套温度控制装置，它由紫铜热沉、铝制散热片、导热硅胶、TEC和热敏电阻等组成。如图3所示，激光二极管通过绝缘导热硅胶固定在热沉上面，附着在热沉上的热敏电阻将温度反馈回温控芯片，温控芯片控制TEC对热沉制冷并通过散热便能够间接地实现对激光器的温度控制。通过调节安装在激光二极管前的准直透镜可以改变输出激光的发散角，将整个温控装置安装在光学调整架并放置在稳定的光学平台上，激光二极管、热敏电阻和TEC的导线连接驱动电路。由于电流和温度的控制精度最终反映在激光二极管的频率(或波长)稳定度上，在完成电路的制作及相关参数设定后，即可用该电路驱动激光二极管测试其频率稳定度。

实验中，激光二极管的波长稳定度采用加拿大EXFO Burleigh公司生产的WA—1500型波长计进行测量，其绝对精度可达到±0.2×10-3nm。将激光二极管开启预热，待稳定工作后，把激光耦合到波长计中，此时激光二极管输出单模激光，测量其中心波长。当激光器工作于恒温、恒流模式时，其激光频率稳定度取决于驱动电路的性能，因此可以通过测量激光器频率的稳定度反演出驱动电路的性能。以1Hz的频率连续500s测量输出激光的波长，得到的实验结果如图4所示。

图4中图(a)为测量得到的数据与拟合曲线图，图(b)为对数据处理得到的残差曲线，经过对测量数据的分析可知，500s内，激光波长测量的平均值为637.4nm，均方差为2.4×10-4nm，根据拟合曲线得到激光波长的漂移量为7.2×10-4nm。实验中使用的SANYO公司中心波长为635nm的半导体激光器的波长-电流系数为0.01～0.02nm/mA，波长-温度系数为0.2nm/℃，由此计算得到电路的电流稳定性为1.2～2.4 ×10-2mm，温度稳定性为1.2×10-3℃。

4 总结

本文详细介绍了所设计制作的激光二极管数字式驱动电路，本电路以单片机C8051F007为控制核心，结合激光二极管专用恒流控制芯片ATLS100MA103和温度控制芯片TECA1-5V-5V-D，可实现对激光二极管注入电流和工作温度的高精度控制。结合635nm激光二极管的实际测试表明，本电路驱动下的激光二级管输出激光波长稳定度达到了10-4nm量级，折算成电流和温度的稳定性分别为1.2～2.4×10-2mA和1.2×10-3℃。本电路可用于半导体激光器稳频和线宽压窄研究，亦可用于腔衰荡测量系统等。