【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电通信，具体涉及一种针对半导体激光器的低噪声高精度电压控制电流源。
技术介绍
1、半导体激光器主要应用于光纤通信、光学存储、材料加工、医疗研究等领域，这些应用领域对激光器的频率稳定、光谱线宽、功率稳定度、强度及相位噪声等有相应严格要求。
2、对于电激励的半导体激光器，驱动电流变化与电流噪声等都会对激光器的激射波长、光谱线宽、输出功率和噪声等产生明显的影响。另外对于可调谐激光器的应用，电流的精度决定了波长调谐精度。所以要求激光器驱动电流源能够为半导体提供稳定、精确可控的驱动信号，减小频率漂移，保证激光器的频率稳定性，且具有噪声小、精度高的特性。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种针对半导体激光器的低噪声高精度电压控制电流源，可实现精准稳定的电流输出，且输出电流可调，可为半导体激光器等提供稳定的低噪声高精度驱动电流，可以应用于窄线宽激光器、可调谐激光器、激光雷达等。
2、为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、一种针对半导体激光器的低噪声高精度电压控制电流源，包括电压控制信号产生模块、pid控制模块、输出电流采样及反馈模块，所述电压控制信号产生模块分别与pid控制模块、输出电流采样及反馈模块电连接，且pid控制模块与输出电流采样及反馈模块电连接；
4、所述电压控制信号产生模块，用于接收上位机指令并产生输出电流的电压控制信号；
5、所述pid控制模块，用
6、所述输出电流采样及反馈模块，用于为负载提供稳定的输出电流，且将电流反馈为电压量与电压控制信号对比放大后并提供给所述pid控制模块，为pid控制模块提供反馈电压。
7、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
8、上述的电压控制信号产生模块使用mcu作为主控芯片；所述mcu与上位机之间进行串口通讯，接收负载输出电流值。
9、上述的电压控制信号产生模块包括数字电位器、高精度参考电压芯片以及运算放大器a1；所述数字电位器作为分压电阻；所述高精度参考电压芯片提供基准电压；所述运算放大器a1构成电压跟随器。
10、上述的数字电位器与电阻串联对所述参考电压进行分压，数字电位器与所述mcu连接，由mcu控制数字电位器阻值；所述分压的分压值为所述电压跟随器的输入电压，电压跟随器的输出电压即为所述电压控制信号产生模块的输出信号。
11、上述的数字电位器分别通过电阻r13和r14连接参考电压芯片、运算放大器a1同相输入端连接，运算放大器a1反相输入端通过电阻r16连接运算放大器a1输出端，运算放大器a1运算放大器a1连接pid控制模块、输出电流采样及反馈模块。
12、上述的pid控制模块采用高精度低噪声的运算放大器a2；所述运算放大器a2的同相端输入为所述电压控制信号产生模块产生的电压控制信号，反相端输入为所述输出电流采样及反馈模块的反馈电压，通过pid控制模块对所述电压控制信号与反馈电压的差进行比例积分微分运算后输出电压，提供给输出电流采样及反馈模块。
13、上述的pid控制模块包括电阻r2、r7、r8、r15，电容c1、c2、c3，运算放大器a2；
14、所述r2的一端与所述电压控制信号产生模块的输出端相连，另一端与运算放大器a2的+in端相连；
15、所述r8的一端与运算放大器a2的-in端相连，另一端与r15的一端和输出电流采样及反馈模块相连；
16、所述r15的另一端与c3一端相连；
17、所述r7的一端与r8的一端、c3的另一端、c1的一端相连，另一端与c2的一端相连；
18、所述c2的另一端与c1的另一端和运算放大器a2的输出端相连；
19、所述c1的一端与r7的一端相连，另一端与c2的另一端相连；
20、所述运算放大器a2的输出端与所述输出电流采样及反馈模块相连。
21、上述的输出电流采样及反馈模块包括电阻r1、r5、r3、r4、r9、r10、r11、r12，运算放大器a3、a4，三极管q1；
22、所述r1的一端与所述pid控制模块相连，另一端与所述三级管q1的基极相连；
23、所述r5的一端连接vcc，另一端与所述三极管q1的集电极相连；
24、所述三极管q1的发射极与r3的一端相连；
25、所述r3的一端与r4的一端相连，另一端与r10的一端和负载相连；
26、所述r6的一端与地相连，另一端与r4另一端和运算放大器a4的+in端相连；
27、所述r10另一端与r9一端和运算放大器a4上的-in端相连；
28、所述r9另一端与运算放大器a4的输出端相连；
29、所述运算放大器a4的输出端与所述运算放大器a3的+in端相连；
30、所述r11一端与电阻r12一端和运算放大器a3的-in端相连，另一端与运算放大器a3的输出端相连；
31、所述r12另一端与所述电压控制信号产生模块的输出端相连；
32、所述运算放大器a3的输出端与所述pid控制模块相连。
33、本专利技术具有以下有益效果：
34、本专利技术通过数字电位器以及高精度参考电压源，可为电路提供高精度低噪声的电压控制信号，从而确保了pid控制模块输入电压的稳定性。
35、本专利技术所应用的低噪声、低失调电压运算放大器使得电路信号具有低的噪声。由于激光器的工作模式受到电流驱动的影响，因此需要稳定的电流源来实现模式控制。本专利技术的高精度低噪声电流源能提供稳定的电流输出，精确控制激光器的模式选择，减小频率漂移，保证激光器的频率稳定性。
36、本专利技术中输出电流取决于电压控制信号、输出电流采样及反馈模块中的反馈电阻以及由运算放大器a4构成的放大电路，通过改变电路中电阻阻值，实现电流输出范围与精度的调节。当改变电压控制信号后，电压控制信号与输入pid控制模块的反馈电压不一致，通过反馈模块和pid模块的负反馈作用可以实现输出电流的快速稳定。
37、本专利技术中的输出电流采样及反馈模块通过在由运算放大器a4构成的放大电路有效隔离，利用运算放大器输入阻抗高的特征，使本专利技术的电流源具有较大的输出阻抗，有效减小环境及负载阻抗等波动对输出电流的影响，提升输出电流的稳定度。
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1.一种针对半导体激光器的低噪声高精度电压控制电流源，包括电压控制信号产生模块、PID控制模块、输出电流采样及反馈模块，所述电压控制信号产生模块分别与PID控制模块、输出电流采样及反馈模块电连接，且PID控制模块与输出电流采样及反馈模块电连接，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种针对半导体激光器的低噪声高精度电压控制电流源，其特征在于，所述电压控制信号产生模块使用MCU作为主控芯片；所述MCU与上位机之间进行串口通讯，接收负载输出电流值。
3.根据权利要求1所述的一种针对半导体激光器的低噪声高精度电压控制电流源，其特征在于，所述电压控制信号产生模块包括数字电位器、高精度参考电压芯片以及运算放大器A1；所述数字电位器作为分压电阻；所述高精度参考电压芯片提供基准电压；所述运算放大器A1构成电压跟随器。
4.根据权利要求3所述的一种针对半导体激光器的低噪声高精度电压控制电流源，其特征在于，所述数字电位器与电阻串联对所述参考电压进行分压，数字电位器与所述MCU连接，由MCU控制数字电位器阻值；所述分压的分压值为所述电压跟随器的输入电压，电压跟随器
5.根据权利要求4所述的一种针对半导体激光器的低噪声高精度电压控制电流源，其特征在于，所述数字电位器分别通过电阻R13和R14连接参考电压芯片、运算放大器A1同相输入端连接，运算放大器A1反相输入端通过电阻R16连接运算放大器A1输出端，运算放大器A1运算放大器A1连接PID控制模块、输出电流采样及反馈模块。
6.根据权利要求1所述的一种针对半导体激光器的低噪声高精度电压控制电流源，其特征在于，所述PID控制模块采用高精度低噪声的运算放大器A2；所述运算放大器A2的同相端输入为所述电压控制信号产生模块产生的电压控制信号，反相端输入为所述输出电流采样及反馈模块的反馈电压，通过PID控制模块对所述电压控制信号与反馈电压的差进行比例积分微分运算后输出电压，提供给输出电流采样及反馈模块。
7.根据权利要求6所述的一种针对半导体激光器的低噪声高精度电压控制电流源，其特征在于，所述PID控制模块包括电阻R2、R7、R8、R15，电容C1、C2、C3，运算放大器A2；
8.根据权利要求1所述的一种针对半导体激光器的低噪声高精度电压控制电流源，其特征在于，所述输出电流采样及反馈模块包括电阻R1、R5、R3、R4、R9、R10、R11、R12，运算放大器A3、A4，三极管Q1；
...【技术特征摘要】
1.一种针对半导体激光器的低噪声高精度电压控制电流源，包括电压控制信号产生模块、pid控制模块、输出电流采样及反馈模块，所述电压控制信号产生模块分别与pid控制模块、输出电流采样及反馈模块电连接，且pid控制模块与输出电流采样及反馈模块电连接，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种针对半导体激光器的低噪声高精度电压控制电流源，其特征在于，所述电压控制信号产生模块使用mcu作为主控芯片；所述mcu与上位机之间进行串口通讯，接收负载输出电流值。
3.根据权利要求1所述的一种针对半导体激光器的低噪声高精度电压控制电流源，其特征在于，所述电压控制信号产生模块包括数字电位器、高精度参考电压芯片以及运算放大器a1；所述数字电位器作为分压电阻；所述高精度参考电压芯片提供基准电压；所述运算放大器a1构成电压跟随器。
4.根据权利要求3所述的一种针对半导体激光器的低噪声高精度电压控制电流源，其特征在于，所述数字电位器与电阻串联对所述参考电压进行分压，数字电位器与所述mcu连接，由mcu控制数字电位器阻值；所述分压的分压值为所述电压跟随器的输入电压，电压跟随器的输出电压即为所述电压控制信号产生模块的输出信号。
5.根据权利要求4所述的一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：方涛，郑满航，陈文轩，孙琦，杨成，王磊磊，陈向飞，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
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