新型小功率半导体激光器驱动及温控电路设计.docx资源-CSDN文库

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0. 引　言

半导体激光器（LD）具有体积小、寿命长、高亮度、方向性好等优点，被广泛应用

于光学精密测量、光通信、光存储、军工、医学诊断等领域

[1-4]

。但 LD 是一种极其脆弱的

结型器件，对电流和温度变化十分敏感，电流的微弱变化和温度变化会对 LD 的输出波

长、阈值电流及输出功率稳定性产生明显影响

[5-6]

。

目前，国内外很多企业及高校对激光器驱动控制系统投入研究，并取得一定成果。美

国 ILX Lightwave 公司的 LDX-3220 激光器驱动电源的输出电流稳定度小于 0.002%，电流

调节精度为 0.01 mA。Wavelength 公司生产的激光器电流源 PLD200 的输出电流稳定度小

于 0.01%，控制精度达 0.1 mA。吉林大学丛梦龙等设计了双场效应晶体管（MOSFET）电

路，减小漏电流引起的偏差，改善了电流和电压之间的线性度

[7]

。中国计量大学罗亮等

[8]

设

计的 LD 恒流驱动及温控电路可实现驱动电流 0 A~100 mA 可调，电流稳定度达到 0.02%，

温控最大误差为 0.03 ℃。太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西重点实验室

[9-

11]

实现了对不同型号热电制冷器（TEC）激光器的温控和高稳定度高精度的双通道电流驱

动，但缺少激光器保护电路的设计。

在带钢平直度测量系统中，半导体激光器作为发射光源垂直照射在被测带钢表面，

CMOS 传感器接受光斑反射信号并将其变为电信号，再经系统数字转换及处理后传输给上

位机，上位机根据接收到的光斑信息求解带钢平直度。此过程中，LD 输出功率的稳定性

将直接决定光斑定位的准确度，进而影响平直度的测量结果。因此，高稳定性的半导体激

光器驱动电路尤为重要。

根据上述要求，文中设计了一种基于 FPGA 的新型半导体激光器恒流驱动及温度控制

电路。首先，通过 LD 电流的闭环负反馈来控制其输出功率；其次，利用温控芯片

ADN8830 保证 LD 工作在恒温环境中，以此减小温度波动对 LD 光输出特性的影响；还设

计了相应的保护电路，有效地对 LD 进行保护，使其能在具有复杂强电磁干扰的热轧带钢

生产车间正常工作。

1. 电路总体设计方案

1.1 激光器的选型

激光器作为热轧带钢平直度测量系统的发射光源，它的性能参数将对后级 CMOS 传

感器的光斑信号采集、处理以及整个系统的测量精度有着重要影响

[12]

。在该系统中，主要

考虑激光器发光强度、波长以及方向性的影响。首先，线阵 CMOS 传感器采集被测带钢的

反射信号，只有足够的发光强度才能够为 CMOS 传感控制模块提供好的信噪比和灵敏度；

其次，在系统检测过程中带钢处于红热状态，为了便于调试，应选取易于人眼识别的激光

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