窄线宽可调谐半导体激光器的驱动电路

盐城师范学院

毕业论文

(2011－2012学年度)

物电学院电子信息工程专业

班级08（3）学号********

课题名称窄线宽可调谐半导体激光器的驱动电路学生姓名蒋峰

指导教师沈法华

2012年5月20日

目录

1、绪论 (3)

2、工作原理 (4)

2.1半导体激光器原理 (4)

2.2窄线宽原理 (6)

2.3可调谐原理 (8)

2.3.1 基于电流控制技术 (8)

2.3.2 基于机械控制技术 (9)

2.3.3 基于温度控制技术 (9)

3、特性参数 (9)

3.1工作波长 (9)

3.2光谱宽度 (10)

3.3功率特性 (10)

3.3.1 小功率 (10)

3.3.2 高功率 (10)

3.4频率稳定性 (11)

4、可调谐半导体激光器的高精密驱动电源与稳频电路设计 (11)

4.1半导体激光器电路设计原理与实现 (11)

4.1.1 半导体激光器驱动方式简介 (11)

4.1.2 电路设计指标 (12)

4.1.3 驱动电路设计 (13)

4.2控温电路的设计与实现 (14)

4.2.1 基准采样电路 (14)

4.2.2 差分放大电路 (14)

4.2.3 自动控制电路 (14)

4.3控流电路的设计与实现 (15)

4.4微分稳频电路的设计与实现 (15)

总结 ..................................................................................................... 错误!未定义书签。致谢 . (17)

参考文献 (17)

窄线宽可调谐半导体激光器的驱动电路

电子工程专业蒋峰

指导教师沈法华

摘要: 随着半导体技术的日趋成熟，半导体激光器（LD）以其转换效率高、体积小、重量轻、可靠性高、能直接调制等特点，在科研、工业、军事、医疗等领域得到了日益广泛的应用。半导体激光器的稳定性取决于驱动电源，电流的起伏会引起光功率的变化，从而影响激光器的性能。同时，半导体激光器可以通过调节温度、电流等实现其波长的可调谐；通过选模技术可以实现窄线宽输出。本文详细阐述了窄线宽可调谐半导体激光器的基本工作原理，分析了其参数特性。根据工作原理和特性要求，对窄线宽可调谐半导体激光器的驱动电路进行了详细的分析设计，理论分析结果表明该电路能够满足设计要求。

关键词：窄线宽；半导体激光器；可调谐；稳频

1、绪论

自1962年第一支半导体激光管问世以来，半导体激光技术发展迅速，特别是近十年来，在激光冷却和激光精密测量的推动下，半导体激光器得到了很大的发展。常用的材料有砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。结构可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。

半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器，由于它的波长范围宽，制作简单、成本低、易于大量生产，并且由于体积小、重量轻、寿命长。因此，品种发展快，应用范围广，目前已超过300种，其应用领域非常广阔。其最主要应用领域是Gb局域网，850nm波长的半导体激光器适用于1Gb局域网，1300nm-1550nm波长的半导体激光器适用于10Gb局域网系统。它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源。半导体激光器再加上低损耗光纤，对光纤通信产生了重大影响，并加

速了它的发展。因此可以说，没有半导体激光器的出现，就没有当今的光通信。如今，凡是长距离、大容量的光信息传输系统无不都采用分布反馈式半导体激光器（DFB-LD)。此外，半导体激光器的应用范围还覆盖了整个光电子学领域，已成为当今光电子科学的核心技术。其在激光测距、激光雷达、激光通信、激光模拟武器、激光警戒、激光制导跟踪、引燃引爆、自动控制、检测仪器等方面获得了广泛的应用，形成了广阔的市场。再者，半导体激光器还广泛地应用于光盘技术中，光盘技术是集计算技术、激光技术和数字通信技术于一体的综合性技术，是大容、高密度、快速有效和低成本的信息存储手段，它需要半导体激光器产生的光束将信息写人和读出。由此可见，半导体激光器的应用已经涉及到了方方面面，其特点也保证了各项领域都能被较好得使用。

近年来，由于半导体激光器应用领域的不断拓展，对其性能要求也越来越高，如今高功率、窄线宽、可调谐的半导体激光器是重要的发展方向。其在差分吸收激光雷达、多普勒激光雷达、荧光探测激光雷达的、光谱仪等等设备中具有重要的应用[1]。

2、工作原理

2.1半导体激光器原理

半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件。其工作原理是，通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种，即电注入式，光泵式和高能电子束激励式。电注入式半导体激光器一般是由GaAS(砷化镓)，InAS（砷化铟），Insb（锑化铟）等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。光泵式半导体激光器一般用N型或P型半导体单晶（如GaAS，InAs，InSb等）做工作物质，以其他激光器发出的激光作光泵激励。高能电子束激励式半导体激光器一般也是用N型或者P 型半导体单晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物质，通过由外部注入高能电子束进行激励。在半导体激光器件中，目前性能较好，应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs 二极管激光器[2]。

在半导体中，由于邻近原子的作用，电子所处的能态扩展成能级连续分布的能带，其能带分布如图2-1所示。能量低的能带称为价带，能量高的能带称为导带，导带底的