半导体激光器具有哪些优缺点及如何进行驱动设计？

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。

半导体激光器的激励方法通常多采用电流注入形式，当注入电流大于阈值电流Ith时，辐射功率随电流的增加而迅速地增大。因此，可以通过改变半导体激光器的注入电流来调整其输出的光功率。而对半导体激光器进行控制，通常采用自动控制的方法，它包括恒电流控制(ACC)，恒功率控制(APC)，电压恒定控制(AVC)。

在APC工作方式下，采用光电探测器(PD)接收一小部分激光功率并转化为监测电流，改监测电流经过测电流经过电流/电压转换后，通过APC反馈网络与设定值比较，从而形成闭环负反馈控制。当激光输出功率受温度等因素影响发生变化时，该负反馈可控制光功率使其稳定不变。

AVC是特定场合下简单而又游泳的模式，当要求LD的驱动电压恒定时，可以采用此模式。在ACC工作方式中，通过电流采样反馈为电流驱动单元提供有源控制，从而是电流漂流最小且使LD输出稳定性最大，与温度控制配合使用效果更好。现如今常用的半导体激光设备工作用恒流源，主要是应用了场效应管的导通特性以及晶体管的对称连接镜像恒流原理来实现。要得到稳定的输出，必须使注入电流稳定，这就要采用恒流源。

半导体激光器驱动调制电路由四部分组成，包括恒流电路、慢启动、保护和调制信号产生电路。恒流电路产生高稳定度驱动电流。慢启动的作用是消除电路中可能存在的浪涌，防止浪涌对激光器的危害。为避免由于过流等因素引起半导体激光器不可恢复的损坏，则在驱动电路中加入限流保护。调制信号产生电路实现调制和频率可调。

利用运算放大器在电路中通过低频信号可以有效降低非线性失真的特性，设计低频调制电路，通过把交流、直流信号配比后来驱动半导体激光器。再利用三极管在饱和状态下导通和截止状态下切断的特性，设计半导体激光器的高频调制电路。当三极管的基极电压为0V时，三极管处于截止状态，集电极没有电流通过，当三极管的基极电压为5V时，三极管处于饱和状态，此时通过激光器的电流要分一部分通过三极管的集电极，随着三极管状态的不断变化，使集电极的电流不断发生变化，最终表现在通过LD的电流发生变化。而三极管基极的电压变化由电阻右端的外接输入电路来调整。由于三极管的频带较宽，同时在低频条件下非线性失真较大，所以互补了运算放大器在高频条件下无法实现理想调制的缺点，综合考虑为激光器设计出一种在高频条件下利用三极管的开关特性的高频开关调制电路。

基于电流负反馈原理设计了包含调制电路、慢启动电路、保护电路和恒流源的驱动电路。利用运算放大器在交流和直流电压的驱动下对驱动电路加载低频调制信号，降低非线性失真;利用三极管的频带及开关特性对激光器加载高频开关调制信号，使激光器能够在不同调制信号下工作，达到对激光器的调制目的。经过试验验证反馈电阻的反馈电流漂移在0.1mA左右，达到了很好的调整目的。