半导体激光器的驱动电源设计

摘?? 要 半导体激光器(LD)是一种电流注入式电致发光器件, 其工作特性和使用寿命主要取决于驱动电流源的性能优劣。本文作者设计了一种数控半导体激光器驱动电源，该电源采用单片机控制，通过键盘设定工作电流值和限定电流值,并在LCD 屏上显示，同时这些设定值可存储在E2PROM内便于下次调用。系统将模拟电路与数字电路相结合，包括取样放大电路、保护电路以及基于XX的控制电路组成。结合硬件及软件, 实现了激光二极管的可靠保护以及光功率的稳定、准确输出。此外,该电源还具有过流保护、延时软启动,可与PC机通信完成数据自动采集等多种功能,在科研和生产中有很好的应用前景。 关键词:单片机 半导体激光器 驱动电源 研究或设计的目的和意义： 自1962年世界上第一台半导体激光器(LD)发明问世以来 半导体激光器发生了巨大的变化极大地推动了其他科学技术的发展,被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一 。近十几年来 ,半导体激光器的发展更为迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。 半导体激光器具有体积小、重量轻、转换效率高、工作寿命长等优点,在科研、工业、军事、医疗等领域得到了日益广泛的应用。半导体激光器是以电流注入作为激励方式的一种激光器,其使用寿命、工作特性在很大程度上取决于所用驱动电源的性能好坏。由于驱动电源设计的不合理, 导致激光器在使用中被损坏的情形时有发生, 造成了工作的延误和经济损失。所以,设计一个符合半导体激光器技术要求、且性能稳定、工作可靠的驱动电源是十分重要的。传统的半导体激光器驱动电源靠电位器来调节设定,调节精度差,工作不稳定,因此将驱动电源数字化,实现按键设定、LCD显示是十分必要的。 二、研究或设计的国内外现状和发展趋势： 半导体激光器的发展历史并不久远，从问世至今已有尽半个世纪的历史。特别是在最近十几年来 ,半导体激光器已成为世界上发展最快的一门激光技术。由于半导体激光器的独特性能,使得它目前在国民经济中展现出了一系列的优点,并已获得了广泛的应用。 半导体激光器的运行与驱动电源有很大的关系,瞬态的电流或电压尖峰等许多因素都很容易损坏激光器,电流、温度的起伏会引起光功率的变化,影响输出的准确、稳定。目前,商品化半导体激光器输出功率越来越大,波长范围覆盖可见及红外,在光谱技术、光外差探测、医疗、加工等领域得到愈来愈广泛的应用,有关驱动电源的问题因素更加受到人们的重视,这方面的文献报道也有一些,但都是纯硬件电路系统。事实上,基于微型计算机的数字化控制能够更有效地解决半导体激光器工作的准确、稳定和可靠性问题。数字化、智能化也是半导体激光器应用的必然发展方向。 于此同时基于各种控制方式的半导体激光器驱动电源也相继面世，主要有采用单片机控制的连续运转半导体激光器驱动电源，系统包括恒流源、保护电路、温度控制、光功率反馈环等部分,结合硬件及软件,实现了激光二极管的可靠保护以及光功率的稳定、准确输出，该系统具有广泛的实际应用前景。还有基于FPGA技术的半导体激光器脉冲驱动电源的设计方法。针对半导体激光器脉冲驱动工作的需要,提出的基于FPGA技术的半导体激光器脉冲驱动电源的设计方法.结合FPGA技术,利用日立SH系列单片机HD64F7045为控制核心,实现高稳定度的激光器脉冲驱动控制.在半导体激光器驱动模块中,引入负反馈控制技术,实现了LD的自动电流控制(ACC)和自动功率控制(APC);同时,采取了慢启动电路、短路开关和限幅保护等措施,有效地保证了半导体激光器脉冲工作的安全.该电源已经成功地应用于某脉冲光源系统。 三、主要研究或设计内容，需要解决的关键问题和思路： 1)以AT89C2为核心，结合模拟放大电路，A/D转换器、D/A转换器、数值设定电路等设计了一套基于单片机系统的半导体驱动电源，其中包括了模拟电路，晶振电路，复位电路，按键电路，液晶显示电路，数模转换电路，模数转换电路等硬件的设计; 2)系统的对整个驱动电路的工作过程进行研究，并使用C51语言开发了单片机运行的控制程序，并把对各个接口的不同的操作编成子程序模块，方便系统升级; 3)对整个电路使用Proteus电路仿真软件进行仿真。