半导体激光器自动功率控制电路设计_张莹

图3 电容充放电模块电路图图1 激光器自动功率控制系统原理图图2 具有关断功能的阴极共地型激光

器电流源

2014.1

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PIN探测电流变大，从而导致反馈回路输出电压升高，直至高过比较器正端电压V SET后，比较器输出由低电平跳变为高电平，接着执行上述过程的反过程：电容放电、激光器功率减小，由此循环往复，最终稳定激光器发光功率。

恒流源

半导体激光器的可靠稳定工作需为伏特，即当输入电压由0V变化到

2.5V时，可实现激光器电流由0mA到

250mA的线性变化。

电容充放电模块

电容充放电模块是形成反馈回

路、实现自动功率控制至关重要的一

部分。稳定激光器功率是通过微调流

经激光器的电流实现的，这种微调功

能的实现是需要某种自动起伏变化的

了Q5通路，通路上的1k电阻可在电路

停止工作后迅速对大电容放电。

为了对电容充放电过程进行定量

分析，可将充放电电路等效成如图4

所示的电路模型：

假设在t=0时刻，U C=0，根据电

路理论，易得电容电压U C随时间t的

变化关系式为：

(1exp(/))

C

U E t RC

=−−（2）

图4 电容充电与放电等效电路模型图图5 电容电压充放电过程仿真波形图

带有PIN或PD光电探测器用于探测光强，光电探测器能够得到与检测光强成一定比例关系的电流信号，通过对该电流信号进行电压转换、放大处理即可得到实用的监测信号，这一过程可以体现于图6。

MAX4008是一款高精度电流检测芯片，在光纤应用中专门用于检测PD或PIN光电探测器的电流，它的REF引脚是参考电流输入引脚，OUT 引脚是检测电压输出引脚，其电压值考电流值对应的输出电压范围是

0.25mV~2.5V。

0.25mV~2.5V的电压值需要变换

放大到所需要的电压范围，这通过由

运算放大器A4组成的同相比例运算电

路实现，如图6所示，其比例系数为

1+R f/R。注意到一点，MAX4008的输

出电阻为10kΩ，而根据PIN、光强度

等的不同，MAX4008的输出电压可能

会低至几毫伏，为了防止输出电压在

下一级输入会有衰减，在MAX4008与

同相比例运算电路之间加一级电压跟

实验结果与分析

光电探测器选用S I E M E N S

SRD00111Z硅PIN光电探测器来模拟

激光器集成光电探测器，该光电探

测器最高功率谱密度集中在800nm；

作为实验，选用红色发光二极管

（LED）来模拟激光器。DFB蝶形激

光器工作电流一般达到70mA，远超

过普通发光二极管的正常工作电流，

因此用20只发光二极管并联构成一只

图6 PIN光电探测器构成的固定增益反馈回路图7 根据采样点拟合得到电流源输入电

压与MAX4008输出电压关系曲线图

图9 连续6小时采样MAX4008输出电压

图8 电压比较器输出波形

一步预测状态方程为

（

状态估计方程为

（滤波增益为：

（12）

计算得到一步预测均方差：

（13）

则均方差误差估计：（14）