脉冲驱动激光二极管
905nm InGaAs脉冲激光二极管驱动电流特性分析与测试
Analysis and measurement on drive current characteristics of 905nm InGaAs pulse laseian，GAN Quanlu，DENG Wenjian
（ College of Optoelectronic Engineering，Chongqing University，Chongqing 400044，China）
第 41 卷 第 6 期 2017 年 11 月
激光技术 LASEＲ TECHNOLOGY
Vol． 41，No． 6 November，2017
文章编号： 1001-3806（2017）06-0803-04
905nm InGaAs 脉冲激光二极管驱动电流特性分析与测试
李勇军，邹 建* ，甘泉露，邓文剑
和脉冲宽度的可控调节。该设计与分析对近红外高功率脉冲激光器的可控驱动设计具有一定的实用参考意义。
关键词： 激光技术；可控调节；峰值电流；脉宽；高压；电容
中图分类号： TN248． 4
文献标志码： A
doi：10. 7510 / jgjs. issn. 1001-3806. 2017. 06. 007
（ 重庆大学 光电工程学院，重庆 400044）
摘要： 为了实现高功率 905nm InGaAs 脉冲激光二极管激光脉冲宽度和峰值功率可调，采用现场可编辑门阵列产生
触发脉冲、集成模块 EL7104C 作为金属氧化物半导体场效应晶体管（ MOSFET） 驱动、以 MOSFET 为核心开关器件控制高
压模块和储能电容之间充放电的方法，设计了脉冲激光二极管驱动电路，对驱动电流特性进行了理论分析和实验验证，
Abstract： In order to realize the adjustment of pulse width and peak power of a high power 905nm InGaAs pulse laser diode，field-programmable gate array （ FPGA） was adopted to generate trigger pulse，the integrated module EL7104C was used as the driver of metal oxide semiconductor field effect transistor （ MOSFET） and the switching device with MOSFET as the core was used to control the charging and discharging between the high voltage module and energy storage capacitor． The pulsed laser diode driver circuit was designed． The driving current characteristics were theoretically analyzed and experimentally verified． Pulse width and peak data were obtained under different capacitance and high voltage conditions． The specific change relationship was analyzed． The spectrum and power-current characteristics were tested． The results show that，the key factors affecting the driving current pulse width and peak current were the capacitor size and charging voltage． The pulse laser diode can be controlled with peak drive current from 0A to 40A and pulse width from 20ns to 100ns． The maximum peak power output of pulsed laser diode is up to 40W． The controllable modulation of output power and pulse width of a pulsed semiconductor laser is realized． The design and analysis have practical reference significance for the controllable driving design of near infrared high power pulsed lasers．
激光二极管驱动电路图大全（六款激光二极管驱动电路设计原理图详解）
激光二极管驱动电路图大全（六款激光二极管驱动电路设计原理图详解）激光二极管驱动电路图（一）驱动电路图1（左）电路的基准电压不用常见的电阻分压电路．而是利用晶体管Tr1的Vbe作基准电压，Vbe约为0.7V，即（Im-Ib）& TI mes;Vr1=0.7V，不过Ib很小可以忽略。
Vbe具有2mV／℃的温度特性，故基准电压将随温度变动，即使这样，其温度特性也远比恒流驱动好。
整个电路只用了两只晶体三极管，Vr1用于输出调整兼负荷电阻，是相当简单的APC电路。
激光二极管驱动电路图（二）驱动电路如上图2（右）这是一款为提高可靠性而设计的电路．共用了5只晶体三极管。
主要特点如下：取消了调整输出的半可变电阻。
如果Tr5的B-E之间出现短路的话，流过电阻R2的电流几乎就都成为Tr1和Tr2的基极电流，这将使输出增大：不过这时流过Tr2的基极电流Ib将使680Ib+Vbe》2Vbe，结果Tr4导通，旁路部分电流到地，使输出功率受到一定限制。
若Tr1、Tr2的任一个出现C-E间短路．则由于另一个晶体管的存在．不会出现过电流的情况。
除5个晶体管外．其余元件的短路更不会引起输出增大。
电路中R1是基极电阻，兼作电流取样电阻；R5为负荷电阻。
激光二极管驱动电路图（三）自动功率控制电路是依靠激光器内部的PIN管来检测LD的输出光功率作为反馈的，电路图如图13.6所示。
其中Dl是激光器内部的背光检测二极管，由采样电阻将电流转换电压，再由差动放大器放大，经比例积分控制器来调节激光器偏置电流。
对于有制冷器的激光器，还要进行温度控制，特别是用于波分复用的激光器，要求波长稳定，所以必须要有自动温度控制电路。
温控电路如图13.7所示：在图13.7中RZ是热敏电阻，Rl是制冷器，制冷器中电流正向流是加热，反向流是制冷。
激光二极管驱动电路图（四）激光二极管驱动电路图如下图所示：激光二极管驱动电路图（五）电路结构及原理LD是依靠载流子直接注入而工作的，注入电流的稳定性对激光器的输出有直接、明显的影响，因此，LD驱动电源需要为LD提供一个纹波小，毛刺少的稳恒电流。
905nm脉冲激光二极管驱动电路
905nm脉冲激光二极管驱动电路的设计905nm脉冲激光二极管在许多领域都有广泛的应用，如通信、激光雷达、光学传感等。
为了充分发挥其性能，一个优秀的驱动电路是必不可少的。
本文将详细介绍一种针对905nm脉冲激光二极管的驱动电路设计。
一、电路设计1. 电源供电驱动电路需要稳定的电源供电以提供所需的电压和电流。
我们选择一个开关电源，通过DC-DC转换器将输入电压转换为稳定的输出电压。
这种转换器具有高效率、低噪声和良好的负载响应特性。
2. 脉冲发生器为了产生脉冲激光，我们需要一个脉冲发生器。
我们选择一个基于TTL （Transistor-Transistor Logic）的脉冲发生器，它可以产生高速脉冲信号。
TTL脉冲发生器具有陡峭的前沿和后沿，能够确保激光二极管在脉冲期间正常工作。
3. 激光二极管驱动器激光二极管驱动器是核心部分，它需要能够提供足够的电流驱动激光二极管。
我们选择一个具有高带宽、低噪声和高驱动能力的驱动器。
该驱动器能够根据脉冲发生器的信号驱动激光二极管，使其在脉冲期间正常工作。
4. 反馈控制电路为了确保稳定的输出功率，我们设计了一个反馈控制电路。
该电路通过监测激光二极管的输出功率，调整驱动器的输出电流，从而保持输出功率稳定。
二、电路优化为了提高驱动电路的性能，我们采取了以下优化措施：1. 降低噪声：我们选择低噪声元件，并在电路中加入去耦电容，以降低电源噪声和电磁干扰。
2. 提高效率：我们优化电源电路的设计，降低功耗和热损耗，提高整个驱动电路的能效。
3. 保护二极管：我们设计了一个快速关断电路，能够在异常情况下快速关闭激光二极管，防止其损坏。
4. 温度补偿：我们加入了温度传感器和补偿电路，以补偿温度对激光二极管性能的影响。
三、总结本文介绍了一种针对905nm脉冲激光二极管的驱动电路设计。
该设计考虑了电源供电、脉冲发生器、二极管驱动器和反馈控制电路等多个方面，并进行了优化措施以提高性能。
这种驱动电路能够为905nm脉冲激光二极管提供稳定的、高效的驱动能力，使其在各种应用中发挥出色的性能。
高功率激光二极管脉冲电源
高功率激光二极管脉冲电源高功率激光二极管脉冲电源是现代激光技术中的一项重要组成部分，它可以为激光二极管提供高电压、大电流的脉冲电源。
在激光加工、激光切割、激光打标等领域中，高功率激光二极管脉冲电源的应用广泛，因此其性能指标也受到了广泛的关注。
高功率激光二极管脉冲电源的工作原理是将直流电源经过脉冲变换器转换成一定频率的脉冲电流，然后经过放大器放大到所需的电流及电压水平，最终供给激光二极管。
在工作过程中，脉冲电源需要具有高稳定性、高精度、高效率、低噪声等特点，以保证激光输出的稳定性和质量。
为了提高高功率激光二极管脉冲电源的性能，目前研究人员采用了多种技术手段。
首先是采用高频变换器技术，通过提高变换器的工作频率，可以减小变压器的体积和重量，从而提高电源的效率。
其次是采用数字控制技术，通过数字化控制电源的输出波形和工作参数，使电源的输出更加精确和稳定。
此外，还可以采用多电平变换技术，通过多电平输出来减小输出电容的体积和成本，提高电源的效率和稳定性。
对于高功率激光二极管脉冲电源的应用，除了在工业领域中的激光加工和激光材料加工等方面外，还有在医疗和科学研究领域中的应用。
例如，在医疗领域中，高功率激光二极管脉冲电源可以应用于激光手术等领域，为患者提供更加安全和精确的手术治疗。
在科学研究领域中，高功率激光二极管脉冲电源可以应用于光学实验室、光学测量等领域，为科学家提供更加精确和可靠的实验结果。
在高功率激光二极管脉冲电源的研发和应用中，还需要考虑到安全性、环保性等方面的问题。
为了保证电源的安全性，需要采取多重保护措施，如过载保护、过热保护等，以保证电源的安全运行。
同时，在电源设计和制造过程中，还需要考虑环保因素，如减少电源的能耗、降低废弃物的排放等，以减少对环境的影响。
高功率激光二极管脉冲电源是现代激光技术中的重要组成部分，其应用领域广泛，性能指标也受到了广泛的关注。
在未来的研发过程中，需要不断探索新的技术手段，提高电源的效率和稳定性，以满足市场和用户的需求。
纳秒级大功率脉冲激光二极管驱动设计
Ｌ
光 器制 造工 艺 的成熟 ， 半导 体激 光器 的输 出功 率不
断提 高 ， 采用 ９ ０ ５ ｎ ｍ 红 外激 光对 人 眼安 全 ， 促 使半 导体激 光器 为光 源 的激光 雷达 迅速发 展 ＿ １ ］ 。
图 １ 基 本 电 路 模 型
在 脉 冲式半 导 体 激 光 雷达 中 ， 测量 距 离 、 精度 等很大 程度 取决 于 激 光 器发 射 脉 冲 的质 量 。 脉 冲 图 １中 Ｃ为储 能 电容 ， Ｒ１为 充 电 回路 限 流 电 Ｒ ２为放 电 回路 限流 电阻 ， Ｌ为整 个 放 电 回路 总 的上 升时 间或者 下 降时 间决定 了测量 的精度 ， 峰值 阻 ， 的分 布 电感 量 ， Ｓ为放 电回路 控制 开 关 。在 放 电过 功率决 定 了最 大可 以测量 的 范 围 ， 激 光 的光斑 大小 Ｄ 可 以等效 成一个 小 电 阻 ， 进 而 整个 放 电 回 决 定 了最 小可测 量 物 体 的 尺寸 等 等 。光 源 的 这些 程 中 Ｌ
脉宽脉宽为 １ ６ ｎ ｓ ， 上升沿为 ３ ｎ ｓ ， 重频 达到 ５ ０ ＫＨｚ ， 驱动 Ｌ Ｄ峰值功率 将近 ６ ０ Ｗ， 成 功 用 于 激 光 雷 达 强 激 光 光 源 发 射部 分 同 时 分析 了 影 响 电 路 的 主 要 因 素 。
关 键词
脉冲式激光雷达 ； 光脉 冲； 场效应管 ； 峰值 功率
劣 。基 于激 光 测 距 仪 系统 要 求 ， 文 章 选 用 超 快 速 场 效 应 管 作 为开 关 器 件 ， 建 立 驱 动 电路 模 型 ， 对 驱 动 电 路 设 计 与分析 ， 经过多次试验 ， 成功设计出最小脉宽为 ５ ． ６ ｎ ｓ ， 上升沿 为 ２ ． ２ ｎ ｓ ， 峰值 电流可达 １ ２ Ａ 的 脉 冲 电 路 。其 中
大电流激光二极管脉冲驱动器
问 题 的 提 出
个 显 著特 点 ， 常概 括 为 ” 高 ” 即 高方 向性 、 亮 度 、 通 四 ， 高 高 单 色性 和 高 相干 性 。 是 这些 特 点 ， 激 光具 有 重要 的 正 使
众所 周 知 ，与普 通 光 源发 出的光 相 比 ，激 光 具 有 四 光 二极 管 驱动 脉 冲源 的基 本性 能要 求 ，可以 概括 如 下 ：
已进 入 寻 常百 姓 家 。 称 ， 据 目前 市场 上 已有 多种 激光 新 产 上 升 时 间 、触 发 延 迟 、频 率 、宽 度 、幅 度 等 ） 。
品 问世 ，诸如 激 光消 尘 器 、激 光 剃须 器 、激 光 切 菜 刀 、激
光 笔 、 光 剪毛 器 、 激 激光 针 灸等 。 何激 光 应 用 装置 或 系 任
在不同的激光应用 中，对最终获得的输 出激光脉冲 器 生 产厂 家 Ｅ ＆Ｇ生 产 的 几种 典 型 半导 体 脉 冲激 光 Ｇ 参数 的要 求也 存 在极 大差 异 。 用激 光 二极 管 选 定之 后 ， 管 的 基 本特 性 ，它们 也 基 本上 代 表 了该领 域 的 国 际 所
２ ０ ．． ・ ０ ２ ８Ａ 量号煮品．幂 ｗ ｗ ｅ ｗｃ ｍ． ａ５ ＿ ｜ ｗ ． ． ｃ ｄ ｏ ｎ・
９５ ｏ ９５ Ｏ ９５ ０ ９１ ０
Ｐ ＧＡＵ】 Ｊ Ｓ４ ２
题。
的 限制 ， 以及 特 定应 用 对激 光 输 出波 形 的要 求 ， 些 激 光 这 二 极 管 必须 以 脉 冲方 式 工作 。 选择 适 合 的激 光 二 极管 ， 是
对激 光二极 管驱 动脉 冲源的 基本性 能要求
设 计 激 光发 生 器 的第 一 步 。 １ 出国 际知 名 半导 体 激 光 表 列
激光二极管驱动原理
激光二极管驱动原理激光二极管啊，就像是一个超级酷炫的小玩意儿，但是要让它好好工作，就得有合适的驱动呢。
你可以把激光二极管想象成一个特别傲娇的小明星，想要它在舞台上（也就是在我们的应用场景里）大放异彩，那可得好好伺候着。
那这个驱动到底是怎么一回事呢？咱们先从电源说起。
电源就像是激光二极管的“能量宝库”。
它得提供合适的电压和电流。
电压就像是把能量送到激光二极管家门口的“快递员”，电流呢，就是真正走进家门，能让激光二极管内部活跃起来的“活力小精灵”。
如果电压不合适，就好比快递员送错了地址，激光二极管就不能正常工作啦。
要是电流不对呢，就像小精灵的数量太多或者太少，太多了可能会把这个小明星给“累坏”，太少了又让它没精神，没法发出我们想要的激光。
激光二极管内部有一个很神奇的结构。
它有一个PN结，这个PN结就像是激光二极管的“心脏”。
当合适的电流通过这个PN结的时候，就会发生一些奇妙的物理现象。
电子和空穴在PN结这个小天地里开始欢快地跳舞，它们不断地复合，在这个过程中就会释放出能量，这个能量以光子的形式出现哦。
就像是小仙子在跳舞的时候洒下了亮晶晶的魔法粉末。
不过呢，要想让这些光子整整齐齐地变成激光，还需要一些特殊的条件。
这时候就轮到光学谐振腔出场啦。
光学谐振腔就像是一个超级严格的合唱团指挥。
它把那些杂乱无章的光子筛选出来，只让那些符合特定条件的光子留下来，并且让它们在里面来回反射，就像合唱团的成员反复练习一样。
这样一来，这些光子的能量就会不断叠加，最后形成一束强大而整齐的激光束。
那驱动电路在这个过程里又做了啥呢？驱动电路就像是一个贴心的管家。
它要时刻监测着激光二极管的状态。
如果激光二极管有点“小情绪”，比如说温度升高了，管家就得赶紧调整电流或者电压，就像给小明星扇扇风降降温一样。
而且这个驱动电路还得保证电源送来的能量是稳定的，不能一会儿多一会儿少，不然激光二极管发出的激光就会忽强忽弱，就像小明星唱歌的时候声音一会儿大一会儿小，那可不行。
脉冲半导体激光二极管
脉冲半导体激光二极管
脉冲半导体激光二极管是一种用于快速光通信和激光雷达等应用的激光器。
它具有简单的结构，低成本和高效率的特点，因此被广泛应用于许多领域。
脉冲半导体激光二极管的工作原理是利用基于电子与空穴之间的再复合放出较短脉冲的激光。
当通过二极管注入电流时，在半导体材料中会出现电子和空穴复合的现象，形成激子，再通过能带之间的跃迁，放出光子，产生激光。
而脉冲半导体激光二极管的电流控制是利用外加的电压来控制二极管的开关状态，从而实现较短时间内发射激光。
该激光器有许多应用，例如用于短距离高速光通信、激光雷达、医疗器械和工业等领域。
由于其短脉冲宽度和高峰值功率，脉冲半导体激光二极管在工业、科学实验和医学应用中也得到了广泛的应用。
此外，它还具有低功率消耗、小体积、结构简单和易于制造等优点。
综上所述，脉冲半导体激光二极管作为一种高效率、低成本、简单结构的激光器，不仅在通信、雷达等领域有着广泛的应用，同时还在科学实验、医疗器械和工业生产等领域发挥着重要作用。
860nm脉冲半导体激光二极管
860nm脉冲半导体激光二极管【原创版】目录1.半导体激光二极管的概述2.860nm 脉冲半导体激光二极管的特点3.860nm 脉冲半导体激光二极管的应用领域4.市场前景与展望正文一、半导体激光二极管的概述半导体激光二极管，简称 LD（Laser Diode），是一种能够将电能直接转换为光能的半导体器件，具有高效率、低能耗、体积小、寿命长等优点。
它主要由 P 型半导体、N 型半导体以及连接两者的欧姆接触组成，通过注入正负载流子形成激光振荡，从而产生激光。
二、860nm 脉冲半导体激光二极管的特点1.波长：860nm 脉冲半导体激光二极管的波长为 860 纳米，属于红外波段，具有良好的穿透性，适用于多种应用场景。
2.脉冲：该类型的激光二极管具有脉冲输出特性，能够在短时间内产生高强度的激光，具有较高的峰值功率。
3.效率：860nm 脉冲半导体激光二极管具有较高的光 - 电转换效率，能够将更多的电能转换为光能，提高整体系统的性能。
4.稳定性：该类型的激光二极管具有较好的温度稳定性和抗干扰性，能够在恶劣环境下保持稳定的工作性能。
三、860nm 脉冲半导体激光二极管的应用领域1.光通信：860nm 脉冲半导体激光二极管可应用于光纤通信系统，作为光源进行光信号的传输。
2.光雷达：该类型的激光二极管可应用于光雷达系统，通过脉冲激光进行距离测量和目标识别。
3.激光测距：860nm 脉冲半导体激光二极管可用于激光测距仪，实现远距离测量。
4.生物医学：该类型的激光二极管可用于生物医学领域，如激光治疗、光谱分析等。
四、市场前景与展望随着科技的发展和市场需求的增长，860nm 脉冲半导体激光二极管在光通信、激光测距、生物医学等领域的应用将更加广泛。
未来，我国半导体激光产业将继续保持较快的发展速度，市场规模将进一步扩大。
脉冲激光二极管重复频率
脉冲激光二极管重复频率1. 引言脉冲激光二极管是一种常见的激光器，其特点是紧凑、高效、低成本和易于集成。
脉冲激光二极管的工作原理是通过电流驱动产生脉冲激光。
其中一个重要参数是重复频率，即单位时间内脉冲激光的重复次数。
本文将详细介绍脉冲激光二极管重复频率的相关知识。
2. 脉冲激光二极管的基本结构脉冲激光二极管通常由以下几个部分组成：•半导体材料：通常使用化合物半导体材料，如氮化镓（GaN）或磷化镓（GaP）等。
•波导结构：用于引导和放大激光。
•pn结：通过施加适当的电压来形成电流通路。
•反射镜：用于增强内部反射，并形成腔体。
3. 脉冲激光二极管工作原理当施加适当的电压到pn结时，电子和空穴会在结区域重新组合，产生光子。
这些光子在波导中反复来回传播，从而形成激光。
脉冲激光二极管的重复频率取决于以下几个因素：3.1 波导长度波导的长度决定了激光的传播时间。
较长的波导长度会延长脉冲激光的周期，从而降低重复频率。
3.2 腔体增益腔体增益是指激光在波导中放大的程度。
当增益较高时，激光能够更快地达到阈值条件，从而提高重复频率。
3.3 反射镜特性反射镜对于形成腔体非常关键。
高反射镜和输出耦合镜之间的反射率差异决定了激光器的输出功率和阈值条件。
适当调节反射镜特性可以改变重复频率。
4. 调节脉冲激光二极管重复频率的方法调节脉冲激光二极管重复频率可以通过以下几种方法实现：4.1 温度控制通过控制脉冲激光二极管的温度，可以改变材料的折射率、增益和波导长度等参数，从而影响重复频率。
4.2 电流调节通过改变施加到pn结的电流，可以改变脉冲激光二极管的增益和阈值条件，进而调节重复频率。
4.3 光子晶体结构光子晶体结构是一种周期性的介质结构，可以通过调节晶格常数和填充因子来改变光学特性。
利用光子晶体结构可以实现对脉冲激光二极管重复频率的精确控制。
5. 应用领域脉冲激光二极管广泛应用于以下领域：•生物医学：用于眼科手术、皮肤治疗等。
激光二极管的驱动电路
激光二极管的驱动电路当激光二极管流过阈值以上的电流时会产生激光，但温度的变化会影响光输出量，下图是光输出量和管芯温度的关系。
为了保证激光二极管的光输出量恒定，在光输出量下降时就要增大正向电流。
而光输出量增大时就要减小正向龟流，即需要自动控制电流的大小来恒定光输出量。
下图是恒流驱动与APCAutomat IC Power Contr0l）驱动对于温度变化的特性，由图中可见恒流驱动时温度变化会影响光输出量，而用APC驱动时。
光输出量与温度无关。
1.APC电路因为PD的电流与光输出量成正比，故只要保证PD的电流恒定光输出量也就是恒定值。
下图是APC电路的框图。
激光射入光电二极管PD，PD产生输出电流，甩电阻将此电流转换为反馈电压，该电压与基准电压相等以控制激光二极管正向电流，就得到了稳定的光输出。
2.APC电路举例（1）连续驱动电路下图是最简单的APC电路，它是一种负反馈电路。
Tr2为正向电流控制管，Rld为正向电流限流电阻，基极的33μF电容器为软启动电容，稳压二极管确定基准电压值，激光二极管两端并接的1μF电容用来作过电压保护，吸收过电压，电源端的22μF电容用来旁路过电压及纹波。
10kΩ电阻是它的放电电阻。
电源电压为3V，用干电池供电。
激光二极管的工作电流和光电二极管的输出电流随激光元件的型号而各不相同，据此再确定外部元件的参数。
Rf、Rv是决定光输出调整范围或光电二极管输出电流调整范围的电阻。
Rf决定光电二极管输出电流的最大值，Rv是可变电阻，Rf+Rv 决定输出电流的最小值。
首先，确定光输出的调整范围，根据光输出-PD输出特性。
求出光电二极管输出电流的范围：Rf+Rv=（Vz-Vbe）／Im，式中：Vz是稳压二极管的稳压值，Vbe是Trl的基极、发射极间电压，Im是光电二极管的输出电流。
当Rv的值为零时，光电二极管输出电流Im达到最大值。
必须限制这个最大值，以保证激光二极管的光输出不超过自身的额定值，否则会损坏激光二极管。
脉冲激光二极管-PGAPGEW系列
0.25
✓
✓
QPGAx1S09H 1
4
225
15
100W
10
25
0.25
✓
✓
TPGAx2S03H 2
675175源自45W1025
0.25
✓
TPGAx2S09H 2
6
225
175
150W
10
25
0.25
✓
QPGAx2S03H 2
8
75
225
65W
10
25
0.25
✓
QPGAx2S09H 2
8
225
225
200W
Device (X=pkg) (H=RoHS compliance)
Description
# of Chips
Total # of Emitting Stripes
Emitting Area
Typical Peak Power at 10A,100ns
Typical Peak Power at 30A,100ns
10
25
0.25
✓
QPGAx3S03H 3
12
75
450
95W
10
25
0.25
✓
QPGAx3S09H 3
12
225
450
300W
10
25
0.25
✓
的适合脉冲 905nm 激光设计包括与每个芯片最多 4 有源区产生高达 100W 峰值光输出功率的多腔整体结构。
激光芯片物理堆叠导致的峰值光输出功率高达 300W。
关键参数是脉冲宽度和上升/下降时间。脉冲宽度可以减小允许增加的电流驱动，并导致更高的峰值
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脉冲驱动激光二极管脉冲驱动激光二极管by Doug Hodgson, Kent Noonan, Bill Olsen, and Thad Orosz介绍相对较高的峰值功率和工作效率使得脉冲激光二极管成为固态激光器泵浦和范围测定这类应用的理想选择。
脉冲激光二极管工作时通常占空比相对较低，因此平均功率较低，这样就可能达到更高的峰值功率。
所以产生的热量并不很高。
另一方面，连续波激光二极管要承受的热量比脉冲激光器高。
这是由于在连续波工作期间，器件的热电阻使得结温度显著增加。
所以连续波激光二极管一般需要很好的热沉封装和/或用热电致冷。
脉冲驱动激光二极管是测试其质量和热效率的一个强大的分析工具。
本文描述了通过用电流脉冲驱动激光二极管来进行测试的方法，提出了脉冲驱动激光二极管的几点困难，并给出了克服或避免的方法。
文中介绍了一个简单的实验，用ILX Lightwave LDP-3811脉冲电流源来驱动一个典型的激光二极管。
这里主要表现的是脉冲驱动二极管出现的问题。
最后描述了LDP-3811的典型应用。
为什么要脉冲驱动一个连续波激光二极管？在低占空比情况下脉冲驱动连续波激光二极管的能力在二极管评测中很有用。
其应用可划分为两个广泛领域。
第一个是封装前通过/失败测试；第二个是器件特性评价。
这两种应用都利用了脉冲方式驱动激光二极管不会产生大量热量的优点。
可在热效应最小的情况下完成测试和特性评价。
封装前测试对于这种应用，低占空比的脉冲可用于半 导体制造工艺后的晶圆或条级测试。
单点 光测量或L/I曲线(光输出vs.驱动电流)能用来“预筛选”工艺处理后的晶圆。
它能将有缺陷的晶圆在花费不匪的切割和封装操作之前就清除掉，建立制造工艺的成品率数目和性能。
(注意对于这些测试相对测量比绝对精度更重要。
)特性测试脉冲测试的第二个应用领域是对封装好的器件的特性测试。
很多关于激光二极管特性的工业文档既推荐连续波测试也推荐脉冲波测试。
(贝尔交流研究出版的题为“光电器件可靠性保证实践”的技术咨询文档TA-TSY-000983就是这样。
)通过比较脉冲和连续波工作方式，可以评测像输出功率、波长和阈值电流这样一些与温度相关的参数。
图1所示的是一个典型激光二极管的L/I曲线。
这些曲线既表示了低占空比脉冲模式，又表示了连续波工作模式。
连续波曲线阈值电流的增加和斜率效率的略微减少(与脉冲曲线比较)主要是由器件热电阻引起的结温度上升造成。
(脉冲L/I曲线所用的脉宽一般为100至500ns，占空比小于百分之一，因此热效应不明显。
)脉冲与连续波L/I曲线的比较也可用来检图1 典型激光二极管的脉冲及连续波L/I曲线验芯片/封装界面的热传输质量。
通过计算连续波工作模式下的等效结温上升可确定温度系数。
这种测试方法比温度周期变化要快得多。
还有连续波和脉冲L/I曲线间的差别异常大时可能说明芯片连接不好或是有结渗漏，这通常意味着激光器质量不佳。
绝对精度对于这些测试应用很重要。
由于需要对连续波性能进行修正，脉冲驱动幅度必须很精确。
对任何测试应用而言，可重复性也是很重要的。
脉冲驱动激光二极管的问题为得到精确和可重复的结果，脉冲测试需要格外细致。
随着速度增加，出现了连续波测试装置中不会出现的附加噪声(与时间相关)。
下面的篇幅列出了所关心的方面，也提供了一些对安全成功地完成激光二极管测试有用的建议。
阻抗匹配高速脉冲驱动激光二极管时，要考虑到正常的传输线路影响。
为达到例如10ns这样的上升时间，缆线带宽必须在100MHZ 以上。
在这些频率下，用传输线路理论来确定系统性能。
(关于传输线路理论的书很多，参考文献1列出了一本。
)为正确传输高速脉冲，保持系统的受控阻抗是一个基本考虑。
为保持激光二极管或负载有干净的脉冲波形，到二极管的缆线必须适当端接。
如果系统有部分阻抗不同，由于结上信号的反射会造成输出功率的损失。
这些反射会在传输线路上产生固定波图案，表现为脉冲上的瞬时扰动。
这种情况下会使激光器畸变甚至损坏。
ILX Lightwave LDP-3811电流源的输出级设计成用来驱动标准的50Ω传输线路。
由于LDP-3811是电流源，由负载失配引起的反射不会被源阻抗吸收，但会被再次反射。
如上所述这会造成传输线路上的固定波图案，引发脉冲瞬时扰动。
由于激光二极管的动态阻抗通常比50Ω要小得多，必须使用一个匹配网络。
最简单的可以用一个阻值等于50Ω与二极管动态阻抗之差的电阻(与二极管串联)。
凭经验来言,47Ω的电阻是一个好的起始值。
(见后面的“动态阻抗”部分。
)若二极管有很大的电抗分量或有杂散电抗因素，则可能需要额外的匹配。
为使匹配更佳，最好使用微波Smithchart技术。
参考文献1、2都很好地讨论了这个问题。
动态阻抗激光二极管的阻抗很复杂，可以作一些假设来简化。
它本质上是非线性的。
任何匹配都要应用于特定场合。
激光二极管接通时会呈现高阻抗，然后突然变成低阻抗。
这种现象易引起脉冲上升期间的误差。
必须与传输线路匹配的是低阻抗部分。
“开”电阻(Ron)的典型值范围是从1/2Ω到20Ω。
总的负载匹配阻抗应为50Ω，因此如上所述需与阴极(同轴电缆中心导线)串接一个值为(50- Ron)欧姆的端接电阻。
用曲线记录装置或测试系统得到的I/V曲线很容易确定Ron的值。
或者，手动测量电压拐点上的两个点也可确定:Ron＝(V1-V2)/(I1-I2).当然对于阻值随电压、频率或温度显著变化的激光器，会存在某种程度的很难消除的失配或误差。
端接电阻的额定功率也应提出。
在全部输出的情况下，LDP-3822脉冲电流源能输出12.5W，其中大部分功率给了负载匹配电阻。
这个电阻必须有足够大的额定功率来承受希望被系统传递的负载周期的最大电流。
这个电阻的电感也必须很低，因此不能用绕线电阻器。
对于很多低阈值激光器的应用场合，用小的片型电阻器(表面封装型)或金属薄膜会有很好的效果。
安装/固定考虑到要被脉冲驱动的激光二级管的安装，两个问题很重要。
第一，到二极管的阻抗必须是可控的。
这通常用有着相对短的引线的50Ω传输缆线来实现。
第二，加在二极管上的电容必须最小。
考虑到封装电容时这尤其重要，因为二极管的阳极或阴极通常连接到表壳。
LDP-3811电流源输出使阳极电压保持在一个恒定值。
因此，电流被脉冲驱动时，阴极上的电压波形是方波。
若阴极连到表壳，(或更糟，连到表壳、安装架、光学平台和地)，这些结构间的寄生电容会使上升时间缓慢，或产生杂散信号干扰，使得结果的可重复性变差。
为减小这种电容效应，希望电气连接到激光器的导电表面非常小，固定装置中金属一般在几个平方英寸的数量级。
当然，比起其它因素，激光器连接的配置更易受这一点影响。
通常希望安装提供：1. 与系统其它部分电隔离2. 仔细的传输线路端接，使电感最小(即用非常短的引线)3. 良好的热耦合和/或控制4. 良好的定位可重复性5. 容易使用待测试的器件通常用塑料螺钉(或有塑料垫圈的金属螺钉)使装配保持到一起，来一起实现电和热隔离(在热电控制安装的情况下)。
在花费合理的情况下，用氧化铍制成的衬底能用一种材料同时提供绝缘和热耦合。
电源地电容好的电源有一个浮地输出端。
这意味着电源可以连接到一个电势与地不同的负载上。
对于直流电压和电流源，可通过隔离内部电路地和实际地来实现。
在脉冲电源情况下，从电路地到实际地的容性耦合(通常通过变压器绕组)会引起脉冲输出减少。
当电路地必须随着实际地以与脉冲上升时间相同的速度变化时会这样。
变压器和机壳的杂散电容会降低脉冲响应。
大多数情况下可修改测试装置的配置来弥补。
(电源线路连接上的隔离变压器通常会减小这些效应。
)电压脉冲的缺点在激光二极管测试情况下，相对普遍的是采用电压源来脉冲驱动二极管，通常这样做仅仅是为了方便。
然而，激光二极管本来就是电流相关器件，应该用电流源来驱动。
图2描绘的是一典型的激光器V/I 曲线。
可以看出如果器件温度(及它的V/I 特性)变化，即使在电压保持恒定的情况下也会造成大的电流波动(因而引起光输出的大的变化)。
类似地，驱动电压的微小波动也会相应引起电流和输出功率的巨大变化。
这样，用电压源得到精确的脉冲更困难。
若用电压源来脉冲驱动二极管，需要用测量经验值来确定二极管电流。
在有几种不同类型的二极管或是希望动态阻抗变化很大的情况下，这些测量值需要是可重复的。
电压脉冲还有着低阻抗源的缺点。
大多数电压源比电流源瞬时电流能力要大。
这种能力在脉冲驱动时给负载提供了更多瞬时电流。
如果输出打开时断开电路，再连上，电流瞬变值会特别大。
用ILX Lightwave LDP-3811电流源来驱动激光二极管的优点包括可独立控制负载，直接测量电流，瞬态保护，还有可能造成器件损坏的过冲和尖峰更低。
同步数据采集一个或更多参数变化时，对期望事件的重复测量是很枯燥和耗时的，尤其在需要大量同步数据时。
对源和测量仪器的远程控图2 典型激光器电压V/I 曲线制对自动数据采集很有帮助。
ILX Lightwave LDP-3811独特之处在于提供了GPIB控制及触发入/出功能。
主机可以通过GPIB接口给仪器发命令 (传送一个测试信号)，然后从另一远程器件读源仪器触发事件(测量)。
例如一个产生脉冲和连续波L/I曲线的简单系统可能包括带有GPIB接口卡的IBM或兼容PC，带GPIB的LDP－3811脉冲电源，ILX LDM-4407二极管安装装置，准直探测器和相关信号处理电子设备，HP 3457A万用表。
GPIB接口允许从远至20m外的主机远程控制脉冲源和其它GPIB可寻址仪器。
在同一GPIB接口总线上可连接共15台仪器。
LDP-3811所有的前面板控制都可通过接口寻址，允许快速、简便、灵活的测试装置建立和控制。
触发入/出功能允许源信号和测量信号的同步。
为此提供了触发输入和输出连接。
两种触发信号都是兼容TTL电平的。
在“外部触发”模式，二极管脉冲由“触发输入”端口引入的外部控制触发。
这个端口是用外部事件来使脉冲与二极管同步。
由3811可设置脉宽。
“触发输出”端口由电流源脉冲触发，用来使外部事件和激光器驱动脉冲同步。
这在box-car积分和采样-保持采集这样的高速光脉冲测量中很有用。
触发入/出延时和抖动根据电流输出脉冲确定。
这在建立和校准测试系统时很重要；这些延迟及源脉冲和最终光脉冲间的延时都要说明。
实验 下列实验的目的是为了表明驱动激光二极管时失配和杂散电抗对脉冲波形的影响。
对于每种测试配置，记录下二极管脉冲和相应光输出，表示出测试装置改动造 成的脉冲波形的变化。
光脉冲响应会通过L/I曲线的斜率放大驱动电流的变化。
图3所示的是实验中所用的基本测试装置。
包括ILX Lightwave LDP-3811脉冲电流源，一根50Ω的传输缆线，一个Mitsubishi4405激光二极管，一个ILX LDM-4412温控激光二极管安装装置和一个Newport875高速PIN光电探测器。