大功率半导体激光器驱动器的研究与设计
一种半导体激光驱动电源的研究设计
一种半导体激光驱动电源的研究设计本文提出了一种新的半导体激光器驱动电源的设计方法，研制出一种纹波小，稳定性高，工作温度恒定，输出功率稳定并可调节的半导体激光器驱动电源，具有很好的应用前景。
标签：半导体激光器驱动电源纹波引言随着机器人技术的飞速发展，机器人视觉系统的研究和开发已经成为了智能机器人领域的一个非常重要的研究课题，并获得了迅速的发展。
机器人视觉系统需要一种高稳定性的准直相干光束，光束的质量将直接影响系统的质量。
由于机器人视觉系统具有结构紧凑等特点，一般选用半导体激光器作为相干光源[1]。
半导体激光器相对于常用的气体激光器有着体积小、重量轻、价格便宜、性能稳定等优点，而且半导体激光器的输出功率可以调节和控制，因此半导体激光器在实际应用中更多的取代了气体激光器，在光纤通讯、测量、激光打印以及条形码扫描等领域发挥了极为重要的作用[2]，并在物体表面形貌测量等新兴研究领域有着更加广泛的应用[3][4]。
研究和改进半导体激光器的性能，使之达到气体激光器的标准，已经成为国内外研究的热点问题[5]。
半导体激光驱动电源的性能要求1.电源输出电流电流的变化会改变半导体材料的折射率，从激光器输出功率与注入电流的关系曲线中我们也可以看到，当注入电流发生变化时，激光器的输出功率线性变化。
因此，半导体激光器对电源的第一个要求是注入稳定的电流或者提供稳定的电压。
要使得注入电流稳定，就要在电源电路的设计中尽量降低纹波系数，滤除电路中的交流分量，消除电源电路中存在的噪声和纹波干扰。
如果电源中出现浪涌，不但会对激光器的输出造成影响，还会损坏半导体激光器，因此消除浪涌也是激光器驱动电源设计中一个重要环节。
2.温度变化温度的变化也会影响激光器的输出功率，还会缩短激光器的工作寿命。
因此，我们还要设计一个温度控制装置，使半导体激光器在恒温下工作。
半导体激光驱动电源的设计1系统框架设计半导体激光器驱动电源主要包括输入滤波电路，前级AC-DC电路，后级DC-DC电路，输出滤波电路，控制电路4个部分。
半导体激光器驱动电路设计（两款半导体电路设计）
半导体激光器驱动电路设计（两款半导体电路设计）一。
半导体激光器驱动器输出电路的设计随着科学技术的飞速发展，半导体激光器技术已深入到国民经济和国防建设的各个领域。
半导体激光器具有其它激光器无法比拟的特性，比如：常见的激光器如He-Ne激光器，采用高压激发（约1500V），而半导体激光器采用3～5V的低电压激发，相比之下，半导体激光器的激励方式较为安全，并且效率比普通激光器高数十倍；在一些测量仪器中，选用半导体激光器照明，能满足单色性好，相干性好，光束准直，精度高等要求，在远距离通讯、激光雷达、数字信号的存储和恢复、激光测距、机器人、全息应用、医学诊断等方面都有广泛的应用。
但半导体激光器对工作条件要求苛刻，在不适当的工作或存放条件下，会造成性能的急剧恶化乃至失效。
所以，使激光器正常工作的激光器驱动电源就显得尤为重要。
因而在实际应用中对激光器驱动器的性能有着很高的要求。
半导体激光器（LD）具有体积小、重量轻、转换效率高、工作寿命长等优点，在工业、军事、医疗等领域得到了广泛应用。
LD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。
半导体激光器本身的性质决定其抗浪涌冲击能力差，这就要求驱动电源的稳定度高，浪涌冲击小，因此驱动电源中需要各种保护电路以满足实际要求。
通常用慢启动电路、TVS（瞬态抑制器）吸收电路、限流电路等来防止浪涌冲击及电流过大。
但大功率半导体激光器的工作电流较大，并且半导体激光器比较脆弱，传统的慢启动电路、TVS 吸收电路不能很好地满足实际要求。
1 半导体激光器驱动器的理论分析半导体激光器的应用广泛，因而其相应的驱动技术也显得越来越重要。
半导体激光器的驱动技术通常采用恒电流驱动方式，在此工作方式中，通过电学反馈控制回路，直接提供驱动电流电平的有效控制，由此获得最低的电流偏差和最高LD（Laser Diode）输出的稳定性。
整体的设计思想是运用负反馈原理稳定输出电流，由此获得最低的电流偏差和最高的电流输出稳定性。
《高功率980nm半导体激光器外延结构设计及其性能研究》范文
《高功率980 nm半导体激光器外延结构设计及其性能研究》篇一一、引言随着科技的进步，高功率半导体激光器在科研、工业、医疗等领域的应用越来越广泛。
其中，980 nm波段的半导体激光器因其独特的光学特性和应用价值，受到了广泛的关注。
本文将重点研究高功率980 nm半导体激光器的外延结构设计及其性能，以期为相关领域的研究和应用提供理论支持。
二、外延结构设计1. 材料选择外延结构的设计首先需要选择合适的外延材料。
考虑到高功率、高效率及稳定性等要求，我们选择了一种高电子迁移率和高热导率的材料作为基底，以保证激光器的稳定运行。
此外，还通过选择适当的掺杂元素来提高内量子效率和减少电流散溢。
2. 结构分层设计针对高功率输出和良好光束质量的需求，我们将外延结构分为多层结构。
主要包括以下部分：基底层、反射镜层、多量子阱（MQW）结构层、欧姆接触层等。
其中，多量子阱结构层是关键部分，其设计直接影响到激光器的性能。
3. 特殊结构设计为了进一步提高激光器的性能，我们设计了一些特殊结构。
例如，采用渐变折射率层以减少光在传输过程中的损耗；在多量子阱结构中引入应力层以提高内量子效率；以及在欧姆接触层中优化电极设计以提高电流注入效率等。
三、性能研究1. 实验方法我们通过分子束外延技术（MBE）和金属有机气相沉积（MOCVD）等工艺进行外延生长，并利用光刻、干湿法刻蚀等工艺制备出激光器芯片。
然后通过测试其阈值电流、斜率效率、光束质量等参数来评估其性能。
2. 实验结果及分析实验结果显示，高功率980 nm半导体激光器具有良好的光束质量和低阈值电流等特点。
与传统的半导体激光器相比，其在光功率、效率和寿命等方面都有显著的优势。
同时，我们也观察到通过引入特殊结构的设计，激光器的性能得到了进一步的提升。
例如，渐变折射率层的设计显著降低了光在传输过程中的损耗；而优化电极设计则提高了电流注入效率，从而提高了激光器的输出功率。
四、结论本文研究了高功率980 nm半导体激光器的外延结构设计及其性能。
半导体激光器驱动电路设计
半导体激光器驱动电路设计
1、确定参数：首先，根据所采用的半导体激光器进行相应参数的确定，主要包括输入电压、电流以及恒流模块的参数，根据具体的需要可以完成相应的参数确定。
2、结构设计：根据参数确定进行激光器驱动电路的结构设计，结构设计应考虑激光输出能力、负荷及恒流模块的输出的特性，满足激光器输出功率的要求；
3、计算电阻：对于激光驱动电路来说，为保持电流稳定，应据恒流模块的输入电流和输出电压计算电路上的各种电阻值，以便达到设计要求。
4、电路测试：经过上述步骤确定激光驱动电路的参数，在完成电路的组装后应对原装驱动电路进行相应的测量，在测量的时候需要考虑负载的幅值、波形及相位等因素，最后，验证激光输出的功率是否满足设计要求，同时检查电路中各部分是否运行正常。
5、微调激光器参数：最后，产品上线前将对激光器的参数进行微调，确保激光器的输出参数满足所设定的要求，同时可以调节激光的输出功率等参数，以规避在实际使用中出现的误差。
以上就是关于半导体激光器驱动电路设计的介绍，希望对大家有所帮助。
大功率半导体激光器的相关研究综述
激光束质量方面的研究也取得了很大进展，激光束质量得到进 一步提升。研究者利用加工工艺与芯片结构的改进，加强了对 激光束两侧控制，确保射出的激光束稳定单一，提升了激光束 子的质量。研究者还利用WBC（外腔反馈光谱合束）技术， 对大功率半导体激光器的合束光源进行改善，进一步提升了大 功率半导体激光束质量。首先，半导体单管两侧模式限制。 Ledentsov等研究者提出一种新型的激光器结构，该种激光结 构是基于带晶体波导（纵向光子）的新形式，改变对激光两侧 控制，可以提升激光束两侧机关控制水平，使得激光束集中度 更优质，改善激光器传统芯片光束质量差的现状，更新激光束 芯片质量，进一步提升激光束质量。其次，空间合束技术的应 用。大功率半导体激光器的研究者利用空间合束技术，来增加 激光功率，提升激光单元光束质量，从而达到提升整体激光光 束质量的目的[4]。
半导体激光器属于激光器的一种，主要是借助半导体物 质，完成相应的激光工作，常被称之为激光二极管。不同半 导体工作物质产生激光的过程存在一定差异，当前常用的半 导体物质包括了InP（磷化铟）、CdS（硫化镉）、ZnS（硫化 锌）、GaAs（砷化镓）等。按照半导体器件不同可以将半导体 划分为单异质结、同质结、双异质结等。按照输出功率的不同 可将半导体激光器分为小功率半导体激光器与大功率半导体激 光器两种。半导体激光器的工作原理为在半导体价带与导带之 间通过激励方式，实现空穴复合产生受激发射，在这一过程中 由于激励导致的粒子数反转至关重要[1]。
究观察分析得出转化效率优化上可以从以下几方面入手：①载 流子消耗控制，研究中由于载流子溢出导致消耗，占总体消耗 的比例相对较高，大约8%左右，通过空穴和电子在量子阱中实 现的复合效果有限，所以需要进一步控制载流子消耗。以提升 以优化粒子反转，提升转化效率。
超高功率半导体激光器的设计与制造
超高功率半导体激光器的设计与制造激光器自问世以来，就被人们广泛应用于工业、医疗、军事、通信等领域。
而在这些激光器类型中，半导体激光器具有小巧、高效、性价比低等优点，成为了一种备受推崇的激光器类型。
但即便如此，很多人仍不知道半导体激光器能够发出的激光功率非常有限，一般不超过数千瓦。
而超高功率半导体激光器则为研究人员提供了突破这个界限的机会。
1.设计超高功率激光器的技术挑战在设计超高功率半导体激光器时，需要解决许多挑战。
首先是如何增大激光输出功率，以及如何控制激光束质量。
另一个挑战是如何消除产生和扩展热的问题，因为随着激光功率的增加，激光器中的热问题也将变得越来越严重。
除此之外，研究人员还需考虑到制造成本和性能的平衡问题。
因为提高激光器的功率意味着需要使用更多的材料，并增加激光器的规模，这会导致制造成本的增加。
因此，研究人员需要在平衡系统性能和成本的基础上，尽可能地提高激光器的功率。
2.如何解决激光束质量问题激光束质量是评估激光器质量的一个关键指标。
激光束质量较好的激光器往往能够提高激光通信和工业加工的效率。
而在超高功率半导体激光器的设计中，如何保证激光束质量成为了一个需要解决的问题。
对于这个问题，有两个解决方案：一是采用特殊的光学器件来纠正激光束，另一种方法是在激光器的设计阶段就采取相应的措施，以支持高质量的激光束产生。
3.采用多通道极化使热扩散更均匀超高功率半导体激光器发射出的激光功率非常高，因此在激光器内部产生的热量也很大，需要能够快速散热来维持激光器的正常工作。
因此，在超高功率半导体激光器中，通常使用多通道极化来保证热扩散更加均匀，从而减小温度的梯度。
在多通道极化中，研究人员会将多个纵向功率分布相同的激光器单元结构互相并联起来，从而实现大功率输出并降低热扩散不均这个问题。
4.提高硅基半导体激光器的功率硅基半导体激光器是一种非常有前途的半导体激光器类型，因为它能够通过标准CMOS工艺制造。
此外，硅基半导体激光器的电光转换率非常高，能够在稳定的温度条件下实现高功率输出。
半导体激光器LD脉冲驱动电路的设计与实验
半导体激光器LD 脉冲驱动电路的设计与实验进行脉冲驱动电路的设计主要是由于，半导体激光器在脉冲驱动电路驱动 时，其结温会在半导体激光器不工作的时刻进行散热， 因此半导体激光器在脉冲 电源驱动下，对半导体激光器的散热要求不高。
在设计半导体激光器的脉冲驱动 电源时，也是先仿真后设计的思想，在电路选型上也是力求简单。
1脉冲电源的仿真在进行脉冲电源仿真时，同样选用的 NI 公司的这款MultisimIO 这款电路仿 真软件。
选用的器件是IRF530,信号源是5V ，占款比为50%，频率为50Hz 的 方波信号源；用电阻 R i代替半导体激光器、且将 R i的阻值设置为 1 Q ,用脉冲电源仿真在仿真电路设计的过程中，选用了功率管IRF530作为主开关，对电阻R i上 的电压进行采样，信号源选取的是输出5V 方波的、频率是50Hz 、占款比是50% 的信号源。
在进行仿真前、将示波器的 A 通道接在电阻R i的两端，对整个电路 的电流信号进行监测。
将示波器的 B通道接在信号源的两端，对信号源的输出MultisimIO 的自带示波器对电阻R i两端的电信号进行测量12V VGCMIL........ X SC1A ETinw ______ • 7訂 _________________ 計旷 ____________________ | Triggr SaihpOTi Diu ::-i■< ■ Suli [TvCi; \ Edgt |T" ijp":电信号进行采样，这样通过A、B两通道的电信号进行对比，看脉冲驱动电路能否满设计要求。
根据仿真示波器监测到的数据显示，电阻R i两端的电信号完全是跟信号源的电信号同步变化的，而且波形完全一致。
仿真结果显示电阻R i的峰值电压是为1.145V,说明电路的峰值电流也是1.145A。
在仿真过程中，通过不断的调整信号源的特性，发现电阻R i两端的电压值的大小只与信号源的电压值大小有关系，而与信号源的频率和占空比关系不大，这说明此脉冲仿真电路输出电流值的大小只与信号源输出的电压值大小有关。
高功率半导体激光器的设计与应用
高功率半导体激光器的设计与应用随着现代工业的发展，激光作为一种高精度、高效率、高能量的光源，已经得到广泛的应用。
而其中一种重要的激光器就是高功率半导体激光器。
高功率半导体激光器的基本原理是基于半导体材料的PN结结构，电流流过PN结时产生的载流子复合能够激发所需波长的光子发射出来，形成一束激光。
为了得到更高的功率和更好的效果，需要优化激光器的设计和制造工艺。
一、激光器的设计激光器的设计需要考虑多个因素，如波长、输出功率、光束质量、稳定性等。
下面将分别对这些因素进行详细阐述。
1. 波长高功率半导体激光器发射出的是几个纳米到几百纳米的光波，不同波长的光波有着不同的应用场景。
例如，近红外（NIR）波长适用于医疗美容、材料加工、通讯、警戒探测等领域；而蓝光波长则适用于显示屏、光存储等领域。
2. 输出功率输出功率是激光器的重要参数之一，它决定了激光器可以提供多少能量。
高功率半导体激光器的输出功率通常为数十瓦至数千瓦之间，但现在已经有了功率达到数十千瓦的激光器。
输出功率越大，对散热和光束质量的要求就越高。
3. 光束质量光束质量是指光束的横向和纵向稳定性，影响着光束聚焦后的功率密度和光斑质量。
高功率半导体激光器通常采用近圆形或高斯分布的光束形状，为了减小光束质量，并发挥最佳功率，需要优化激光器的结构和材料。
4. 稳定性激光器的稳定性可以影响系统的工作结果。
一个稳定的激光器可以确保输出光束的稳定性，减少设备故障和误差。
因此，设计高功率半导体激光器时要充分考虑温度控制、光路设计和材料选择等因素。
二、激光器的应用高功率半导体激光器在工业、医疗、通讯等领域中被广泛应用。
以下具体介绍激光器的应用:1. 材料加工高功率半导体激光器可以用于金属加工、塑料加工、半导体加工、玻璃加工等领域。
例如，在半导体加工中，激光器可以用于沟槽切割、刻蚀、晶圆切割等。
在金属加工中，高功率半导体激光器可以用于激光焊接、切割、钻孔等。
2. 医疗美容激光在医疗美容领域中有着多种应用，如脱毛、祛斑、祛纹、切除皮肤损伤等。
《高功率808nm无铝有源区半导体激光器外延结构设计及其性能研究》范文
《高功率808 nm无铝有源区半导体激光器外延结构设计及其性能研究》篇一一、引言随着现代通信技术和光电领域的高速发展，高功率半导体激光器在光通信、光电子显示、激光加工等领域的应用越来越广泛。
其中，808 nm波段的半导体激光器因其独特的光电性能，在生物医疗、材料加工及科研领域有着不可替代的作用。
本篇论文旨在探讨高功率808 nm无铝有源区半导体激光器的外延结构设计及其性能研究。
二、外延结构设计1. 结构设计概述高功率808 nm无铝有源区半导体激光器的外延结构设计，主要涉及到对激光器有源区、波导层、接触层等关键部分的材料选择和结构优化。
在保证激光器高功率输出的同时，还需保证其稳定性及使用寿命。
2. 关键材料选择为达到高功率输出及良好的热学性能，我们选择了合适的材料体系。
在有源区，我们采用InGaAlP材料系统，该系统可实现808 nm波段的激光发射。
此外，为了实现无铝设计，我们在设计过程中特别选用了无铝化合物半导体材料。
3. 结构优化策略在结构优化方面，我们采用了先进的分子束外延技术，对各层材料的厚度、掺杂浓度及组分进行精确控制。
此外，还对波导层进行了优化设计，以提高光束质量和激光器的阈值电流。
三、性能研究1. 光学性能分析通过对高功率808 nm无铝有源区半导体激光器的光学性能进行测试，我们发现其阈值电流较低，光束质量优良。
此外，我们还发现该激光器的发光效率较高，为后续的高效光电子设备提供了有力支持。
2. 热学性能分析在热学性能方面，我们对该激光器的结温进行了测量。
结果表明，该激光器具有良好的热稳定性，结温较低，有效延长了激光器的使用寿命。
这主要得益于我们优化的外延结构设计和选用的材料体系。
3. 可靠性及寿命测试为评估高功率808 nm无铝有源区半导体激光器的可靠性及寿命，我们进行了长时间连续工作测试。
测试结果表明，该激光器具有良好的可靠性及较长的使用寿命，满足了实际应用的需求。
四、结论通过对高功率808 nm无铝有源区半导体激光器的外延结构设计和性能研究，我们成功实现了激光器的优化设计。
基于光电子技术的高功率半导体激光器驱动控制技术研究
基于光电子技术的高功率半导体激光器驱动控制技术研究第一章：绪论激光技术在现代工程技术中已经广泛应用，半导体激光器作为其中的一种主要光源，其性能在很大程度上决定了整个激光系统的性能。
高功率半导体激光器是各种激光器中最具实用性和经济性的一种，广泛应用于材料加工、无损检测、医疗和环境检测等领域。
而针对驱动控制方面的研究，光电子技术的应用在其中发挥着非常重要的作用。
本文将围绕基于光电子技术的高功率半导体激光器驱动控制技术进行探讨和研究。
第二章：高功率半导体激光器概述2.1 高功率半导体激光器工作原理高功率半导体激光器主要是利用半导体材料在电场刺激下的电子跃迁，使激光能够产生放大，并且在反射镜的反射下，能够产生激光输出。
半导体材料的直接带隙特性能够使光子跃迁产生，这种特性支持了半导体激光器的光电转换。
2.2 高功率半导体激光器特点相较于其他激光器，高功率半导体激光器有其独特的特点，如工作能耗低、寿命长、体积小、重量轻、稳定性和可靠性高等。
但是，高功率半导体激光器的一些物理特性，如热效应、晶格应变和热膨胀等，对其性能和稳定性影响较大。
第三章：光电子技术在高功率半导体激光器驱动控制中的应用3.1 驱动器的设计高功率半导体激光器的驱动器的主要作用是提供足够大的、稳定的电流，以获得高效大功率的激光输出。
而光电子技术的应用具有良好的稳定性和实时性，因此被广泛地应用于驱动器的设计中。
光电子技术在驱动器的设计中最重要的作用之一是提供高速、高精度的反馈信号调控，使激光输出稳定。
3.2 温度控制温度控制是影响激光器长期稳定运行的重要因素。
而光电子技术中具有实时性、稳定性和快速调控能力的温度测量技术和温度控制技术，被广泛应用于高功率半导体激光器温度控制中。
3.3 光路调整高信噪比的激光输出需要精确的光路调整。
而光电子技术中的光电探测技术和反馈调控技术，为高功率半导体激光器光路调整提供了有力的支持。
第四章：高功率半导体激光器驱动控制技术相关问题4.1 驱动器中电流温升问题高功率半导体激光器的电流过大时，容易引发电流温升现象，从而导致激光器失效。
高功率半导体激光器的设计及应用
高功率半导体激光器的设计及应用随着现代科技的不断发展，高功率半导体激光器已经成为当今光电领域的重要研究方向之一。
在工业制造、医学、通信等领域都有广泛应用。
本文将介绍高功率半导体激光器的设计和应用。
一、高功率半导体激光器的设计高功率半导体激光器是一种将电能转变为光能的器件。
它是由半导体材料——通常为GaN、InGaN、AlGaN等构成的PN结构（即由p型、n型半导体构成的结构）组成。
在这种结构下，由于载流子的流动，被激发的粒子会从高能级跃迁到低能级放出能量，从而发射出光。
高功率半导体激光器的设计主要包括三个方面：1、材料的选择半导体材料是制造激光器的核心。
通常采用的是GaN、InGaN、AlGaN等材料。
这些材料的特点是具有高电子迁移速度和高光学品质，能够实现高功率激光的产生。
2、晶体生长高功率半导体激光器需要高质量的半导体晶体，晶体的生长是制造激光器的关键。
目前，采用的主要方法是金属有机气相沉积法（MOCVD）。
3、器件结构设计器件设计是制造激光器的另一个关键因素。
通过对p型和n型半导体的掺杂浓度及深度、结构层数等的调整，可以实现更高的光电转换效率和更高的功率输出。
二、高功率半导体激光器的应用高功率半导体激光器在工业、医学和通信等领域都有广泛的应用。
1、工业制造激光器在工业制造中的应用已经得到广泛的认可。
比如在钣金加工、珠宝制造、汽车制造等领域，激光器都可以实现高精度的切割、雕刻和打孔。
2、医学激光技术在医学中应用越来越广泛。
例如，利用激光器可以实现眼科手术、皮肤美容和肿瘤治疗等。
高功率半导体激光器，能够提供更高的能量密度和更高的功率输出，是医疗激光器的重要源波器件。
3、通信高功率半导体激光器在通信系统中的应用也比较广泛。
例如，激光器发射器和接收器都可以采用高功率半导体激光器，以提高信号传输速率和距离。
三、高功率半导体激光器存在的问题随着对高功率半导体激光器的研究不断深入，也暴露出了一些问题。
1、高温效应高功率半导体激光器在工作过程中会产生大量热量，过高的温度会导致激光器性能下降。
大功率半导体激光器驱动电路
第8卷 第4期信息与电子工程Vo1．8，No．4 2010年8月INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING Aug．，2010文章编号：1672-2892(2010)04-0441-04大功率半导体激光器驱动电路马良柱，宋志强，刘统玉，王 昌，陈汝波(山东科学院激光研究所山东省光纤传感器重点实验室，山东济南 250014)摘要：为实现30W连续掺Yb光纤激光器，设计一种大功率(10A)半导体激光器(LD)的驱动电路，该恒流源电路采用功率场效应管作电流控制元件，运用负反馈原理稳定输出电流，正向电流0A~10A连续可调，纹波峰值为10mV，输出电流的短期稳定度达到1×10-5，具有过流保护、防浪涌冲击的功能。
实际应用在30W连续掺Yb光纤激光器中，结果表明该驱动电路工作安全可靠。
关键词：半导体激光器；驱动电路；场效应管中图分类号：TN248 文献标识码：APower driving circuit of Laser DiodeMA Liang-zhu，SONG Zhi-qiang，LIU Tong-yu，WANG Chang，CHEN Ru-bo (Shandong key laboratory of optic fiber sensing，Laser Institute，Shandong Academy of Sciences，Tsinan Shandong 250014，China)Abstract：This paper introduces a power driving circuit for Laser Diode(LD). It adopts power Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor(MOSFET) as adjust device，and apply current negativefeedback to ensure constant current output. The output current is a forward current adjustable in 0A–10Arange with ripple less than 10mV，whose short-term stability has reached 1×10-5. This circuit also bearsfunctions including maximum current，surge current limitation and slow start. It has been applied as pumpsource for a Yb doped optic fiber laser，and the experimental results has proved its reliability and safety.Key words：Laser Diode；driving circuit；Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor半导体激光器(LD)具有尺寸小、重量轻和低电压驱动、直接调制等特点，还具有高单色性、高相干性、高方向性和准直性的优良特性，广泛应用于国防、科研、医疗、光通信和光传感等领域[1]。
大功率半导体激光器技术研究
大功率半导体激光器技术研究随着科技的不断发展，激光技术也在不断升级。
其中，大功率半导体激光器技术是近年来备受关注的一项技术。
这种激光器具有高效、高可靠性、长寿命以及高光质量等优点，已经广泛应用于工业、医疗、通讯等领域。
本文将深入探讨大功率半导体激光器技术的研究进展、应用现状以及未来的发展趋势。
一、大功率半导体激光器技术研究进展半导体激光器是一种从半导体材料中产生的激光器，其优点在于体积小、功率高、效率高等特点。
而大功率半导体激光器技术则是指在一定面积上实现高功率输出，即实现大能量密度脉冲或者连续工作输出的激光器。
当前大功率半导体激光器技术的研究方向主要包括以下几个方面：1. 优化半导体激光器的基础材料和工艺。
一方面，需要开发高质量的半导体材料，以提高激光器的性能和可靠性；另一方面，需要优化晶体生长和制备，提高半导体激光器的工艺水平。
2. 提高半导体激光器的功率密度和出力功率。
一方面，需要将半导体激光器多个晶体串联起来，以提高激光器的输出功率；另一方面，则需要优化激光器的反射镜结构，提高激光器的输出功率密度。
3. 提高大功率半导体激光器的稳定性和可靠性。
一方面，需要尽可能降低激光器的热效应和光学损伤等问题，以提高激光器的稳定性；另一方面，需要优化激光器的散热结构，提高激光器的可靠性。
通过以上研究方向的不断探索，目前已经取得了一定的进展。
比如，最新研发的大功率半导体激光器已经能够实现高达100kW的输出功率，而且光束质量也得到了显著提高。
这将为工业生产、军事装备以及医疗器械等领域的应用提供有力保障。
二、大功率半导体激光器技术应用现状目前，大功率半导体激光器技术已经在多个领域得到广泛应用。
以下就其中一些常见的应用进行简单介绍：1. 工业制造：激光加工技术已经广泛应用于钣金加工、电子设备零部件加工以及汽车制造等行业。
而大功率半导体激光器产生的高能量密度光束，特别适合在高速、高精度的制造过程中使用。
2. 医学：半导体激光器可以用于激光手术和皮肤治疗。
《高功率980nm半导体激光器外延结构设计及其性能研究》范文
《高功率980 nm半导体激光器外延结构设计及其性能研究》篇一一、引言随着科技的飞速发展，高功率半导体激光器在科研、工业和日常生活等领域中得到了广泛应用。
980 nm波长的半导体激光器在光通信、激光打印、医疗及科研等方面具有重要意义。
外延结构作为半导体激光器的核心部分，其设计直接关系到激光器的性能。
因此，本篇论文将重点研究高功率980 nm半导体激光器的外延结构设计及其性能。
二、外延结构设计1. 材料选择高功率980 nm半导体激光器的外延结构主要采用InGaAsP 材料系统。
该材料系统具有优秀的电光性能和热稳定性，适合于高功率激光器的制备。
2. 结构层设计外延结构主要由以下部分组成：底层的n型层、中间的光波导层以及顶层的p型层。
在n型层和p型层之间，通过量子阱技术实现光子的产生和放大。
此外，为了满足高功率输出的需求，还需设计合理的热沉结构，以降低激光器在工作过程中的热效应。
3. 生长技术外延结构的生长主要采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术。
该技术具有生长速度快、结构质量高、操作灵活等优点，可实现精确控制材料成分和厚度，从而达到设计目标。
三、性能研究1. 光学性能经过实验验证，设计的高功率980 nm半导体激光器外延结构具有优异的光学性能。
其发射波长稳定在980 nm左右，具有较高的光功率输出和较低的阈值电流。
此外，该结构还具有较高的光束质量和较低的发散角。
2. 电学性能在电学性能方面，该外延结构表现出良好的电流传输特性。
其电阻率适中，使得激光器在工作过程中能够保持稳定的电流输出。
此外，其较低的串联电阻有助于提高激光器的能量转换效率。
3. 热学性能针对高功率激光器在工作过程中产生的热量问题，该外延结构通过优化热沉设计，有效降低了热效应对激光器性能的影响。
实验结果表明，该结构具有良好的热稳定性和较低的热阻抗，有利于提高激光器的长期稳定性和可靠性。
四、结论本论文研究了高功率980 nm半导体激光器的外延结构设计及其性能。
半导体激光器驱动电路的研究与设计
半导体激光器驱动电路的研究与设计袁林成;蒋书波;宋相龙;陆志峰【摘要】The design of semiconductor laser driving circuit is an important technology to decide the stability of semiconductor laser system,and it has an important impact on the output characteristics of the laser.The variation of injection current will cause the laser emission frequencyvariation,eventually lead to jump mode or multi-mode op⁃eration. In order to ensure the quality of the laser output of semiconductor laser,a high performance laser driving cir⁃cuit is studied and designed,this driving circuit includs power supply circuit,constant current sourcecircuit,protec⁃tion circuit and time delay buffer circuit four parts;C is simulated by software Multisim. The actual circuit results compares withthe exploited result map,finally the application of photon counter to test the laser output intensity fluctuation is defined in the 200 kilo-count/s to 400 kilo-count/s range,stability and has a high precision,the experi⁃mental results show that the sufficient stability and high precision satisfy the follow-up experiment.%半导体激光器驱动电路的设计是决定半导体激光器系统稳定性的重要技术，对于激光器输出特性有重要影响。
《高功率980nm半导体激光器外延结构设计及其性能研究》范文
《高功率980 nm半导体激光器外延结构设计及其性能研究》篇一一、引言随着科技的进步，高功率半导体激光器在通信、医疗、材料加工等领域的应用日益广泛。
其中，980 nm波段的半导体激光器因其独特的光学特性，在光通信领域具有重要地位。
本文将重点研究高功率980 nm半导体激光器的外延结构设计及其性能，以期为相关研究与应用提供理论支持。
二、外延结构设计高功率980 nm半导体激光器的外延结构设计是提高其性能的关键。
本部分将详细介绍外延结构的设计原理及方法。
1. 设计原理外延结构的设计主要基于能带工程和载流子动力学原理。
通过调整材料组分、掺杂浓度及结构层厚度等参数，优化激光器的能级结构，从而提高激光器的发光效率及光束质量。
2. 设计方法(1) 选择合适的衬底材料，如GaAs等；(2) 设计合理的量子阱结构，包括阱宽、垒宽及材料组分等；(3) 优化电流扩展层和电极结构，降低激光器的阈值电流；(4) 采用有效的热管理措施，提高激光器的散热性能。
三、性能研究本部分将通过实验和仿真手段，对高功率980 nm半导体激光器的性能进行研究。
1. 实验方法(1) 制备不同外延结构的高功率980 nm半导体激光器样品；(2) 利用光学、电学及热学测试手段，对样品进行性能测试；(3) 分析测试结果，得出结论。
2. 仿真分析(1) 建立激光器的物理模型，包括外延结构、电流分布、热传导等；(2) 利用仿真软件，对激光器的性能进行预测和分析；(3) 将仿真结果与实验结果进行对比，验证模型的准确性。
四、结果与讨论本部分将详细分析实验和仿真结果，讨论外延结构设计对高功率980 nm半导体激光器性能的影响。
1. 结果分析(1) 对比不同外延结构的高功率980 nm半导体激光器的发光效率、光束质量及阈值电流等性能指标；(2) 分析外延结构参数对激光器性能的影响规律；(3) 评估仿真模型的准确性。
2. 讨论(1) 探讨外延结构设计在提高高功率980 nm半导体激光器性能方面的作用；(2) 分析现有研究的不足之处及未来研究方向；(3) 提出优化高功率980 nm半导体激光器性能的新思路和方法。
大功率半导体激光器驱动电源的设计
第20卷 第6期2000年12月应 用 激 光A P PL IED L A S ER V o l .20,N o.6D ece m ber 20002000年1月14日收稿大功率半导体激光器驱动电源的设计于复生 艾 兴 逄东庆(山东工业大学机械工程学院 济南250061) (烟台正达电子技术有限公司 烟台264006) 提要 设计一种大功率半导体激光器的驱动电源。
恒稳电流范围为0～10A ,稳流精度为1mA ,脉冲输出电流频率为10KH z ,脉冲电流的占空比为1∶10,脉冲电流幅值为0～10A 可调。
关键词 半导体激光器 恒流源 驱动电源The D esign for H igh power D iode La ser D r iverYu Fu sheng , Pang Dongqing , A i X ing (S hand ong U n iversity of T echnology ,J inan ,250061) Abstract A k ind of di ode laser h igh pow er supp ly are designed .T he device have tw o w o rk m ode :con tinuou sly cu rren t ou tpu t and quasi con tinuou sly (pu lse )cu rren t ou tp u t .T he reliab le cu rren t of the device range is 0to 10A and the reliab le p recisi on is 1mA ,the s m all digital disp lay un it is 1mA too and it has adju stab le cu rren t li m it functi on .T he s m aller ou tpu t cu rren t is 10mA .A s fo r p u lse ou tpu t ,the pu lse cu rren t frequency is 10KH z ,the facto r is 1∶10,and the ou tp u t cu rren t can con tinuou sly adju st from 0to 10A ,and the adju stab le s m all un it fo r frequency cu rren t is 10mA too .Key words di ode laser ,stab ilized cu rren t pow er supp ly ,pow er supp ly device 半导体激光器以其超小型、高效率、结构简单、价格便宜等优点,获得光信息存贮光学精密测量等越来越广泛的使用。
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收稿日期:2003-03-18. 基金项目:教育部高等学校骨干教师资助计划项目(教技司2000962号)1光电器件大功率半导体激光器驱动器的研究与设计邓 军,单江东,张 娜,田小建(吉林大学电子科学与工程学院,吉林长春130023)摘 要: 介绍了大功率半导体激光器恒流源的设计方法。
该恒流源采用功率M OSFET 作电流控制元件,运用负反馈原理稳定输出电流。
实际应用表明该恒流源对激光器安全可靠,输出电流的短期稳定度达到1×10-5。
关键词: 半导体激光器;恒流源;驱动电路;功率M OSFET 中图分类号: T N245 文献标识码: A 文章编号: 1001-5868(2003)05-0319-02R esearch and Design of H igh 2pow er Semiconductor Laser Diode DriverDE NGJun ,SH AN Jiang 2dong ,ZH ANG Na ,TI AN X iao 2jian(School of E lectronic Science and E ngineering ,Jilin U niversity ,Ch angchun 130023,CHN )Abstract : The design of constant 2current supply power for a high 2power semiconductor laser diode is desribed.This constant 2current power supply uses a power M OSFET as the current control device ,and which uses the principle of negative feedback to adjust and stabilize the output current.The practical application indicates that the constant 2current power supply is safe and reliable to the laser diode ,with the short term stability of output current up to 1×10-5.K ey w ords : semiconductor laser diode ;constant 2current power supply ;drive circuit ;power M OSFET1 引言半导体激光器不仅具有一般激光器高单色性、高相干性、高方向性和准直性的特点,还具有尺寸小、重量轻、低电压驱动、直接调制等优良特性,因而被越来越广泛地用于国防、科研、医疗、光通信等领域。
然而,由于半导体激光器是一种高功率密度并具有极高量子效率的器件,对于电冲击的承受能力很差,微小的电流将导致光功率输出的极大变化和器件参数(如激射波长,噪声性能,模式跳动)的变化,这些变化直接危及器件的安全使用,因而在实际应用中对驱动电源的性能和安全保护有着很高的要求[1]。
我们在恒流源的设计过程中,着重考虑了对激光器进行安全有效的保护,如限流问题,防止浪涌冲击问题,延时软启动问题等[2]。
2 驱动器的系统组成与工作原理恒流源的系统组成框图如图1所示,整体设计方案采用深度负反馈控制原理,直接提供驱动电流电平的有效控制,由此获得最低的电流偏差和最高的激光器输出稳定性[3]。
图1 系统方框图整个恒流源由电压基准电路、电压电流转换电路、保护电路、末级电路和显示电路组成。
在这里,我们采用2.5V 的电压基准,该电压基准产生一个稳定的基准电压,并经过适当地放大后送入运放的《半导体光电》2003年第24卷第5期邓 军等: 大功率半导体激光器驱动器的研究与设计同相端,该运放控制跨导放大器的导通程度,从而获得相应的输出电流,输出电流在取样电阻上产生取样电压,该取样电压经放大后作为反馈电压反馈回电压放大器的反相输入端,并与同相输入端的电压(即由电压基准产生并经过前级放大的电压)进行比较,对输出电压进行调整,进而对跨导放大器的输出电流进行调整,使整个闭环反馈系统处于动态的平衡中,以达到稳定输出电流的目的[4]。
输出电流I 0与输入电压V r 的关系可用负反馈原理推导,其原理如图2所示。
I 0=R 2R (R 1+R 2)Vr(1)式中:V r 为控制电压,R 1、R 2为反馈网络中电阻,R 为取样电阻,在理想情况下R 1、R 2、R 都是恒定不变的。
由式(1)可知,输出电流I 0与控制电压V r 呈线性关系。
图2 电流控制原理但在实际情况下电阻的温度系数和电压基准的温度系数将影响输出电流的稳定性。
对式(1)进行全微分并化简可得电流稳定度的表达式:d I 0I 0=1I 0R 2R (R 1+R 2)d V r -R 2V rR 2(R 1+R 2)d R -R 2V rR (R 1+R 2)2d R 1+R 1V r R (R 1+R 2)2d R 2=α1d V r -α2d R -α3d R 1+α4d R 2(2)式中包括4项,其物理意义分别是:α1=1I 0R 2R (R 1+R 2)表示由电压基准不稳定而产生的影响;α2=1I 0R 2V rR 2(R 1+R 2)表示由取样电阻温度系数产生的影响;α3=1I 0R 2V rR (R 1+R 2)2,α4=1I 0R 1V rR (R 1+R 2)2表示由反馈网络中电阻的温度系数产生的影响。
由于选取的取样电阻R 为0.1Ω,而(R 1+R 2)为105数量级,因此有:α2>α1µα3≈α4,这说明影响输出电流稳定度的主要因素是取样电阻的温度系数和电压基准的稳定度。
在本恒流源中,选用的取样电阻精度是±1.0%,温度系数是±215×10-5/℃,电压基准的温度系数小于1×10-6/℃,长期稳定度是2×10-5。
下面通过实验测量,当输出电流选定100mA 时,短期稳定度是1×10-5,长期稳定度是715×10-5。
图3是根据测量结果得出的输出电流的拟合曲线[5]。
图3 输出电流的拟合曲线3 保护电路考虑到半导体激光器的自身特性,保护电路处在一个非常重要的地位。
保护电路包括限流电路和延时软启动电路。
限流电路将输出电流限制在半导体激光器的最大额定电流以内,即使在调制控制时,限流电路也可防止过驱动。
我们希望在恒流和恒功率两种驱动模式切换中电流不会超过设定值,以免损坏激光器,因此在电路设计时,采用在末极电路中串联P 沟道耗尽型功率M OSFET 的方法,把限制电压与从取样电阻反馈回来的比较电压分别加在运放的反向端和同向端共同控制运放的输出,进而控制功率M OSFET 的导通程度,当限制电压一定时,导通程度一定,从而流过的电流也一定,由于是串联电路,所以流过末极电路的电流得到了有效的限制。
为了避免开机时瞬态的冲击电流损坏激光器,要求激光器接入电路的时间能够得到控制,因此我们采用继电器常闭的两端分别和激光器两端并联的方法来解决这个问题,只要继电器常闭端不断开,激光器的两端被短路就不会立刻工作,而继电器常闭端的断开取决于延时的时间,从而避免了开机时瞬态冲击电流对激光器的损坏。
由于激光器对电流十分敏感,我们需要缓慢地把电流加在激光器两端,这就是通常所说的软启动。
(下转第370页)P 2I 特性测试系统。
该系统实现了LE D/LD 驱动电源、示波器、X 2Y 函数记录仪等多种仪器具有的功能。
其数据采集和分析处理功能较强、参数测定可自动进行,操作简便、效率高、测试结果满意,是一种实用的测试系统。
参考文献:[1] 姜志玲,唐 蕾,陈维荣.虚拟仪器的现状和前景[J ].现代电子技术,2002,4:49-51.[2] LabVIEW User Manual[K].National Instrument C orporation,1998.[3] 刘君华.虚拟仪器图形化编程语言LabVIEW 教程[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001.作者简介:狄红卫(1969-),男,湖南人,副教授,博士,目前主要从事光电子技术、光电信号处理方面的研究工作。
E 2m ail :dihong wei @(上接第320页)图4的横坐标中,每格代表的时间是500ms ,当打开软启动开关时,输出电流经过2～3s 的延时,又经过200～300ms 缓慢上升的时间,然后达到预先设定的值。
图4 软启动波形4 实验数据的处理本文所述的驱动器输出电流范围可选,当输出电流范围是200mA 时,控制电压与输出电流如表1所示,其电压-电流关系如图5所示。
表1 实验数据电压/V 0.10.20.5 1.0 1.5 2.0 2.5电流/mA 0.02 3.6714.7733.3352.2770.8989.39电压/V 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5—电流/mA 108.01126.65145.45163.92182.74200.02—图5 电压2电流关系图5中的曲线从图形上看是一条直线,符合电压与电流的正比例关系。
5 综述与展望通过本恒流源在吉林大学光电子集成国家重点实验室的试用,表明其具有以下主要特点:(1)输出电流0～5A 可选;(2)具有10V 的最大输出电压;(3)工作稳定性优良;(4)能够精确地设置工作电流和限制电流。
其中短期稳定度为1×10-5。
优于国外Wavelength 公司同类产品。
由于时间所限,一些问题有待进一步的研究,如脉冲驱动问题(内触发方式),面板指示灯的消隐等问题。
参考文献:[1] Thomps on M T.High power laser diode driver based onpower converter technology [J ].IEEE T rans.on P ower E lectronics ,1997,12(1):46-52.[2] S liney D ser safety concepts are changing [J ].LaserF ocus W orld ,1994,30(5):185-192.[3] Christian H ,MichaelH ,G eorg B.Digital 2to 2analogconversion by pulse 2count m odulation metheds [J ].IEEE T rans.Instrum.Meas.,1996,45(4):805-813.[4] D orf R C.M odern control system (ninth edition )[J ].SciencePress ,Pears on Education N orth Asia Limited ,2002,3:575-576.[5] 于复生,艾 兴,逢东庆.大功率半导体激光器驱动电源的设计[J ].应用激光,2000,20(6):257-260.作者简介:邓 军(1978-),男,硕士研究生,研究方向为电磁场与微波技术。