[实用新型]半导体激光器驱动模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤通信领域，特别涉及一种半导体激光器驱动模块。

背景技术

半导体激光器作为一种电光转换器件，由于其尺寸小、重量轻、低电压驱动、量子效率高等优点，在光纤通信中得到了普遍应用。实际应用中，要求半导体有恒定的光功率、稳定的波长输出和高的可靠性。然而由于半导体激光器对温度变化的敏感性和对电冲击承受能力差等缺点，单独的激光器很难达到实际应用中的这些要求。首先温度的变化和器件的老化会给激光器带来许多不稳定因素，主要有：(1)激光器的阀值电流随温度成指数变化规律，并随器件的老化而增加，从而使输出光功率发生变化。(2)随着温度升高和器件老化，激光器的电光转换效率降低，从而使激光器的输出功率变化。(3)随着温度的不同变化，半导体激光器的光发射波长也会产生变化。其次，半导体激光器对电冲击的承受能力也很差，微小的电流将导致光功率输出和器件参数的变化，这些变化直接危及器件的安全使用。

目前大功率半导体激光器的价格虽然和以前相比，已大幅度下降，但仍然价格不菲。因此，一个好的激光器驱动模块必须具备以下两个方面的功能：(1)设计合适的电路，消除温度变化和器件老化的影响(2)设计必须的保护电路，防止瞬间电压或电流增大等电冲击，防止过驱动。

发明内容

本实用新型的目的就是为克服现有技术的不足，针对激光器对工作稳定性、可靠性及功率输出、波长稳定性的要求，提供一种新的设计方案，从而减少半导体激光器对温度变化的敏感性、增强对电冲击承受能力。

本实用新型是通过这样的技术方案实现的：半导体驱动模块主要包括基准电压产生电路、APC(自动功率控制)及其工作参数检测电路、ATC(自动温度控制)及其工作参数检测电路三部分电路，其特征在于：所述APC及其参数检测电路由比较电路、误差积分电路、功率检测电路、激光电流驱动电路组成；ATC及其工作参数检测电路由比较电路、误差积分电路、温度检测电路及制冷电流驱动电路组成。

基准电压产生电路一路连接到APC及其工作参数检测电路部分中的比较电路，比较电路连接误差积分电路，误差积分电路连接激光器电流驱动电路，激光器电流驱动电路连接到集成在激光器组件中的激光管，集成在激光器组件中的背光检测二极管连接功率检测电路，功率检测电路连接比较电路；

基准电压产生电路另一路连接到ATC及其参数检测电路部分中的比较电路，由比较电路连接误差积分电路，误差积分电路连接制冷电流驱动电路，制冷电流驱动电路连接集成在激光器组件中的制冷器，集成在激光器组件中的热敏电阻连接温度检测电路，温度检测电路连接比较电路；

基准电压产生电路主要为APC及其工作参数检测电路部分和AT及其参数检测电路部分提供基准电压。由于基准电压的变化直接影响控制的精确度，因此要求基准电压产生电路具有足够的稳定性。

半导体激光器驱动模块选用各个指标都非常优异的LM136为基准源，并通过运放产生不同的基准电压。

APC及其参数检测电路由比较电路部分的主要功能是实现激光器光功率的稳定输出。本激光器驱动模块采用恒功率驱动方式，集成在激光器组件中的背光检测二极管接收激光管的部分输出功率，由功率检测电路转化为电压，然后与基准电压比较，得到误差信号，此误差信号被积分放大后，通过电流驱动电路驱动激光器输出；调节基准电压，可以控制激光器的输出功率。

半导体激光器是电流驱动器件，输出功率和流过激光器的电流成线性关系。对于激光器的驱动一般有恒流驱动和恒功率驱动两种方式。恒流驱动是利用负反馈原理，控制流过激光器的电流，使其保持恒定，从而间接达到稳定光功率输出的目的。恒功率输出控制方式利用光电二极管检测激光器的输出功率，通过反馈电路，将其变化量直接反馈给电流驱动电路，从而达到真正的输出功率稳定的目的。恒流驱动主要有两个缺点：第一，由于半导体对温度敏感，因此，即使保持其驱动电流恒定，其输出功率也可能变化。第二，激光器经过长期使用后，电光转化效率以及阀值电流变化较大，极容易造成激光器输出功率变化，从而导致驱动模块指标下降。此模块采用恒功率输出控制电路，由于它是输出功率的直接反馈，不会有上述缺点。

ATC及其工作参数检测电路部分和APC及其参数检测电路部分结构基本类似，半导体激光器组件内部集成有制冷器，一般为帕尔制冷器。该制冷器由特殊的材料制成，当其通过直流电流时，一端致冷(吸热)，另一端放热；在激光器组件中，将致冷器的冷端贴在激光器的热沉上，测试用的热敏电阻也贴在热沉上，通过自动温度控制电路控制流过致冷器的电流就可以控制激光器管芯的温度，从而达到自动温度控制的目的。