通过遵循控制二极管激光器特性的几个简单规则，驱动二极管激光器的过程就变得不再那么神秘了。在阈值电流以下，二极管激光器仅通过自发辐射发出 LED 光。而在阈值电流及以上时，它开始产生激光光，且随着二极管工作电流的增加，光输出功率会急剧上升。在最大功率范围内，光输出功率与二极管电流之间的关系是线性的，这一关系被称为差分效率（图 1）。

图1、二极管激光器的输出功率是工作电流的函数。Pout =输出功率；I =电流；Th =阈值；T =温度；J =结（激光芯片中激光辐射发源的地方）；Iop =驱动二极管激光器的工作电流

在处理二极管激光器时，一个常常被忽视的因素是温度对光输出功率与工作电流之间关系的影响。随着温度的升高，阈值电流会增加，而光输出功率会提高，而差效率则会降低。因此，驱动电路应具备一种安全功能，以确保温度的显著升高不会损坏激光器。

电源选择

任何用于二极管激光器的驱动电路都应配备一个经过良好滤波的电源，该电源应尽可能高效地阻断感性负载和其他干扰源。使用电池供电可以解决这个问题，但在许多工业应用中这并非可行方案。尽量缩短二极管激光器与驱动电路之间的连接通常有助于减少干扰。

集成驱动电路具备多种功能和安全保障措施，并且所需附加组件较少。一个简单的电阻调节器通常能够设定工作点。重要的是，二极管激光器在自动电流控制或自动功率控制运行模式下，始终需要有稳定的驱动电路。标准实验室电源不适于直接驱动它们。

二极管激光器的波长会随温度变化而变化。对于典型的砷化镓铝二极管而言，其变化幅度约为 0.25 纳米/摄氏度，这种变化会逐渐进行，同时还会伴有突然的阶梯式跃变（模式跳跃）。

在自动电流控制操作中，精确的温度控制能为光输出功率带来最佳的稳定性。由于二极管存在温度依赖性，因此必须对温度进行调节，以保持其恒定，并防止其超过临界值。

在工业应用中，例如光障和距离测量传感器这类环境温度会变化的设备中，自动功率控制系统通常具有操作简便的特点。传统的自动功率控制驱动电路还具备软启动电路、滤波尖峰、过压以及其他瞬态现象。

恒定功率

功率调节器能够保证输出功率的恒定。然而，如果温度无法得到有效控制，波长就会发生变化，模式也会发生跳跃。即使在这种情况不会造成问题的应用中，也应当有足够的散热能力。如果没有散热措施，由于自身发热等原因导致的温度上升将会降低效率。调节器电路通过不断增加激光电流来补偿这一问题，以试图保持输出功率的恒定。如果没有电流限制器或安全停机电路，二极管可能会受损甚至被毁坏。

自动功率控制通过将一个监测二极管集成到激光封装中来实现反馈。带有集成监测二极管的激光器有三种配置，它们的公共端都连接到外壳上，而外壳通常会与地电连接。集成监测二极管的输出不适用于校准。在给定的输出功率下，不同激光器的监测电流可能会相差 10 倍。

图 2、三种可用的二极管激光器配置（P 型、N 型和 M 型）需要不同的驱动原理。MD = 监测二极管；LD = 激光二极管

在选择驱动电路时，必须考虑其配置，因为每种类型都需要不同的驱动原理（图 2）。N 型二极管需要来自负电源电压的输出驱动器以及负参考的监测电流输入。P 型二极管需要来自正电源电压的输出驱动器，并且监测输入连接到正端。M 型二极管必须具有双电源，其驱动输出来自正端，监测电流输入采用负参考。这三种变体中的每一种都需要其自身的优化驱动配置。一些驱动器件包含连接两种甚至全部三种变体的接口。然而，唯一的限制是，激光二极管封装并不总是能够连接到地端，就像图中所示的那样。

冷却

在大多数应用中，尤其是在连续波运行的情况下，散热器是必不可少的，其作用是防止芯片温度过度升高，从而避免对二极管激光器造成损坏或破坏。较低的运行温度通常会延长其使用寿命。据统计，运行温度每降低 10°C，其使用寿命就会翻倍。

即使激光是由合适的集成驱动器驱动的，该装置的组装过程仍需极其小心。如果驱动装置没有安全停机电路或电流限制器，那么在监控路径出现断路时，就可能会因过电流而造成损坏。切勿通过开关或继电器来断开驱动器和二极管激光器的连接。各种驱动装置都有各自用于实现无尖峰电源启动和停止以及激光二极管脉冲的功能。

为了确保最长的使用寿命和稳定的运行，需要配备一个结合温度调节器的自动电流控制电路，或者一个自动功率控制单元。即使是电流超出阈值的极小幅度变化，也会导致输出功率显著增加以及光学输出功率临界值的迅速超出。在自动电流和功率控制系统中，采取有效的冷却措施对于稳定运行和延长激光二极管的使用寿命至关重要。

转自：光子位

注：文章版权归原作者所有，本文内容、图片、视频来自网络，仅供交流学习之用，如涉及版权等问题，请您告知，我们将及时处理。