一种基于ICL8038芯片的LD外围电路

一、引言

半导体激光器（LD）是应用最广泛的一类激光器,具有许多其它激光器无法比拟的优点。
本文基于集成块ICL8038制作了频率连续可调、占空比连续可调的半导体激光器电路，有效地抑制了浪涌电流。电路的原理如图1。


  
二、函数发生电路以及LD调制电路
  
1、  函数发生电路

图2所示是一个占空比和一个频率连续可调的函数发生电路，其电路图如图2。ICL8038是一种函数发生器集成块，通过外围电路的设计，可以产生高精密度的正弦波、方波、三角波信号，选择不同参数的外电阻和电容等器件，可以获得频率在0.01Hz~300Hz范围内的信号。通过调节RW1可使占空比在2%~98%可调。电路输出脉冲占空比d的表达式为：

d=

通过调节RW2可改变频率。在工作过程中，C2起到很重要的作用，它的大小决定了输出信号频率的大小。经过实验，我们选用的是C2=100pF的电容，可以得到令人比较满意的频率。

在实验中发现，从ICL8038引脚9直接输出的信号下降沿较为理想，而上升沿不是很理想，上升比较缓慢。为了输出较为理想的波形，在引脚9后面再加了一个比较器，结果发现输出波形有了很好的改善，能够输出较为理想的矩形脉冲。

2、LD调制电路

合理的调制电路能够很好地保护LD、稳定激光器的输出、延长激光器的使用寿命。调制电路如图3所示。T3构成了一个电流源，其电流的大小可通过调节可变电阻R6来改变，它的作用是使T1或T2产生一个固定幅度的脉冲，作为调制电流提供给LD。

T1和T2组成一个电流开关，当Vin>Vre时，T2截止，电流源的电流全部流过T1，这时LD不发激光；当Vin>Vre时，T1截止，电流源的电流全部流过T2，这时激光器发激光。在实验中，用示波器观察T2的集电极的电压变化情况，发现在频率较高时，有不少尖峰脉冲现象。这对激光器是极为不利的，甚至有可能使激光器的谐振腔的解理面损坏，这在电路设计中应避免。鉴于此，我们在T2集电极处接了一个电容C。C的容值选择要恰当，过大有可能把有效的信号脉冲虑掉，过小则不能够把尖峰虑掉。

三、自动功率控制（APC）
 
在LD工作时，温度的变化和激光器的老化等因素会使其输出光功率发生变化，因此使输出光功率稳定的自动功率控制电路（APC）显得非常重要。图4是一种APC电路的原理框图。

LD管背向散射出来的光被PIN管检测到并转换为电信号，由A1放大，送入比较放大器A3的一个输入端。可调直流参考电压是一个可调的稳压电源，它可作为标准电压通过比较放大器A2送到比较放大器A3的另一个输入端。这样APC电路的工作情况如下：一方面LD输出功率降低导致A1输出电压降低，将这个电压送到比较放大器A3的一个输入端；另一方面，由直流参考电路送出一参考电压经A2送到A3的另一输入端做比较，然后由A3产 生一个正的输出电压送到电流源，使电流源输出电流增加，从而使LD的注入电流增加，使LD输出光功率稳定。
 
四、自动温度控制(ATC)

LD对温度十分敏感，温度的微小变化都会引起半导体激光器的阈值电流和外微分量子效率的变化，从而影响到激光器的输出，因而温度控制电路也是十分重要的。图5是温度控制的电路原理图。

图中R1、R2、R3、Rt构成了一个桥式电路，Rt是一个负温度系数的电阻，当温度升高，Rt变小，当温度降低，Rt变大，可以通过调节R2值来控制温度。当LD工作于指定温度时，a点的电位和b点的电位相等，即Ua=Ub，放大器A输出为低电平，三极管处于截止状态，制冷器不工作。当由于LD工作而导致温度升高时，Rt变小，则Ua>Ub，故A输出高电压，TEC处于工作状态，开始制冷，使温度恢复到指定温度，从而起到自动温度控制的作用。电路中，Z的作用是防止放大器A输出电压过大而使TEC中电流过大，起到稳压的作用。

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