半导体激光器两种模式工作的驱动电源制造技术

半导体激光器驱动电流控制方法及多模式工作的驱动电源，属于半导体激光器技术领域。为了克服已有技术的不足，本发明专利技术公开了一种半导体激光器驱动电流的控制方法，利用实验测试标定法得到在不同温度下，半导体激光器达到一定输出功率的所需驱动电流值，从而得到温度与驱动电流值的一对应关系，通过键盘输入单元将上述对应关系以列表形式输入微控制器，然后通过检测ＬＤ的工作温度，改变驱动电流来补偿温度变化引起的输出功率变化，以实现ＬＤ输出功率的稳定。本发明专利技术还公开了一种能实现上述驱动电流控制方法的基于多模式工作的半导体激光器驱动电源。本发明专利技术可用于半导体激光器作为光源或泵浦源的各种领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体激光器
，特别涉及到半导体激光器驱动电流的控制方法及用于半导体激光器或半导体激光器阵列的驱动电源结构设计。
技术介绍
半导体激光器(简称LD)或半导体激光器阵列(简称LD阵列)体积小、重量轻、效率高、可靠性好，已经得到越来越广泛的应用。其原理是依靠注入的非平衡载流子(电子、空穴)辐射复合，以光子的形式放出复合所产生的能量来发射激光。半导体激光器的非平衡载流子是由其驱动电源注入的。半导体激光器驱动电源(简称LD驱动电源)的功能是为半导体激光器(阵列)提供所需的驱动电流，以及可靠的保护和恰当的控制，使之输出所需的激光辐射。传统的半导体激光器驱动电源由控制电路、开关元件、监测电路、保护电路及储能电容器等组成，如图1所示。该LD驱动电源的工作原理为外部的供电直流电源将能量存储在储能电容器中，这样可以避免直流电源在工作过程中输出给半导体激光器的电流出现浪涌。储能电容器和半导体激光器、开关元件、监测电路构成放电回路，由控制电路控制开关元件的导通状态，使半导体激光器的工作电流满足要求。由于半导体激光器非常脆弱，容易造成破坏性失效。所以采用监测电路实时监测系统的工作状态，若有异常则启动保护电路，使半导体激光器免受各种故障的影响。传统半导体激光器驱动电源驱动电流的控制方法，仅采用前馈方式，由使用者通过相应输入单元输入电流参数，驱动电源输出预定电流。这种控制方法无法满足LD工作环境(比如工作温度)发生改变时使LD输出功率稳定。目前半导体激光器驱动电源大部分都是基于上述控制方法而进行工作的，输出预先设定好的特定的驱动电流。由于半导体激光器的阈值电流、输出功率等特性会随着工作温度的改变而改变，所以单纯地施以固定的驱动电流并不能保证激光输出特性的稳定。为了使激光输出特性稳定，采用现有具有固定输出的驱动电源的半导体激光器，一般要配置半导体制冷器(TEC)等制冷元件以及温度控制系统对半导体激光器(阵列)进行温度控制，使半导体激光器(阵列)工作温度恒定。温度控制系统不但增加了整个系统的复杂度，也造成了能量的消耗，降低了系统的效率。另外，通过检索发现在美国专利(申请号603214，申请日为2000年7月23日)中，Regev等提出了一种光功率源控制器，其主要特征是通过检测半导体激光器的工作参量，通过微控制器内部固化的电流控制信号与工作参量的关系，得到电流控制信号，使半导体激光器输出光功率稳定。Regev等提出的光功率控制器只能使半导体激光器处于单种工作模式下，即只能通过检测半导体激光器的工作参量，然后通过存储器件中固化的内部算法，得到相应电流。其工作电流无法根据用户的需要输出自定义参数的驱动电流，限制了其应用场合。Regev等提出的光功率控制器中，半导体激光器工作参量(包括半导体激光器的工作温度)与驱动电流控制信号的关系算法固化于存储器件中，用户不能方便地通过输入单元进行修改，Regev等提出的光功率控制器中，半导体激光器工作参量(包括半导体激光器的工作温度)与驱动电流控制信号的关系算法是通过复杂的数学模型，利用离散测定及数学插值相结合的方法得到，该方法实施较为复杂，且可靠性不高。
技术实现思路
为了克服现有技术中，传统半导体激光器驱动电源在无温度控制下，无法保证输出光功率稳定，或为保证输出光功率稳定不得不加入复杂且消耗大量能量的温度控制系统的缺陷；同时也为克服Regev等人提出的光功率源控制器算法复杂，可靠性不高，工作模式单一，且修改半导体激光器工作参量与驱动电流的关系列表不方便的缺点，本专利技术提出一种半导体激光器驱动电流的控制方法，其特征在于利用实验测试标定法得到在不同温度下，半导体激光器在不同温度下的输出特性，即半导体激光器达到一定输出功率的所需驱动电流值，从而得到温度与驱动电流值的一一对应关系，通过键盘输入单元将上述对应关系以列表形式输入微控制器；利用温度传感器实时监测半导体激光器的工作温度，并根据上述对应关系确定相应的驱动电流值，由半导体激光器驱动电源自适应地输出该电流，以保证半导体激光器在不同温度下具有稳定的输出功率。本专利技术还提供了一种实现所述驱动电流控制方法的具有温度自适应调节功能的多模式工作的驱动电源，包括由控制电路、驱动开关电路、监测电路、保护电路及储能电容器组成的LD驱动电路，所述LD驱动电路由外部的供电直流电源供电，其特征在于所述驱动电源还包括由微控制器及分别与其相连的键盘输入单元、显示单元、控制电压输出电路和温度传感器组组成的主控制电路，以及与所述控制电压输出电路相连的电压基准电路；其中，其中微控制器中集成了一个模式选择开关，供用户选择所需的工作模式所述温度传感器组固定于半导体激光器上，实时监测半导体激光器的工作温度，并将温度信号送入微控制器。本专利技术所述微控制器是单片机、单板机、DSP、现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、计算机、嵌入式系统或专用集成电路。本专利技术所述的微控制器的一种具体形式包括LD保护逻辑电路10，LD保护信号输入端口，分频器，键盘译码器，弹跳消除电路，键盘扫描电路，电流参数寄存器，模式选择开关，电流与温度关系寄存器，温度数据寄存器，温度信号数字滤波器，控制电压信号输出控制器，以及显示控制器；其中，分频器产生多路时钟信号，分别与LD保护逻辑电路，弹跳消除电路，键盘扫描电路，控制电压信号输出控制器，显示控制器及固定于半导体激光器的温度传感器组相连，为上述电路单元提供时序控制；所述的LD驱动电路通过LD保护信号输入端口与LD保护逻辑电路相连，同时LD保护逻辑电路保护使能信号输出端与电流参数寄存器相连；键盘扫描电路的键盘扫描信号输出端与所述键盘输入单元相连，同时所述弹跳消除电路与键盘输入单元相连，用于接收并处理经过键盘输入单元的键盘扫描信号，其输出端与键盘译码器相连；所述键盘译码器与模式选择开关相连，传递相应控制信号，同时还与电流参数寄存器相连，传递数据信号；模式选择开关通过开关选择，其输出端一路直接与电流参数寄存器相连，另一路通过电流与温度关系寄存器与电流参数寄存器相连；所述温度传感器组通过温度信号数字滤波器与温度数据寄存器相连，温度数据寄存器的输出端分别与电流与温度关系寄存器和显示控制器相连；电流参数寄存器通过控制电压输出控制器与所述控制电压输出电路相连，并通过显示控制器传输显示数据至显示单元。本专利技术在传统LD驱动电源的基础上，微控制器根据温度传感器组实时检测的半导体激光器温度，输出该温度下对应的驱动电流。本专利技术实现的LD驱动电源具有两种工作模式，通过模式选择开关进行模式选择，第一种模式是按传统方式以键盘输入电流参数，包括电流频率，脉宽，和电流大小(连续电流只要将电流频率设定为1)，使LD驱动电源按预置要求实现对驱动电流的控制；第二种工作模式是温度传感器组实时监控半导体激光器(或激光器阵列中各路半导体激光器)的工作温度，将温度信号送到微控制器。微控制器根据此工作温度，得出补偿温度影响后能够使半导体激光器满足使用要求的工作电流值，并控制驱动电源产生此工作电流，使半导体激光器输出满足要求的激光辐射。并且本专利技术的驱动电源还可以方便地进行功能扩展，实现多路半导体激光器的驱动及控制。本专利技术的LD驱动电源不仅能实现上述功能要求，输出所需的稳定工作电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体激光器驱动电流的控制方法，其特征在于：利用实验测试标定法得到在不同温度下，半导体激光器在不同温度下的输出特性，即半导体激光器达到一定输出功率的所需驱动电流值，从而得到温度与驱动电流值的一一对应关系，通过键盘输入单元将上述对应关系以列表形式输入微控制器；利用温度传感器实时监测半导体激光器的工作温度，并根据上述对应关系确定相应的驱动电流值，由半导体激光器驱动电源自适应地输出该电流，以保证半导体激光器在不同温度下具有稳定的输出功率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：巩马理，潘卫军，郭云霄，陈刚，闫平，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]