概述


任何科學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)步都依賴于對被研究對象給出測量的能力。光纖通信驚人的發(fā)展，要求光纖測量技術(shù)和光纖測量儀器也必須同步發(fā)展起來。穩(wěn)定化激光源作為光纖測試中的重要設(shè)備已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。例如：穩(wěn)定化激光源與光功率計(jì)配合使用可以測量光纖傳輸損耗、光纖連接損耗等參數(shù)。隨著光纖通信的進(jìn)一步發(fā)展，穩(wěn)定化激光源應(yīng)用前景必將更為廣泛。

本文詳細(xì)闡述了穩(wěn)定化激光源電路設(shè)計(jì)的工作原理及實(shí)驗(yàn)調(diào)試結(jié)果。


工作原理


穩(wěn)定化激光源的工作原理如圖1。

由圖1可以看出，流入激光二極管的電流包括驅(qū)動(dòng)電路的電流和APC電路的預(yù)偏置電流。驅(qū)動(dòng)電路保證激光二極管中有電流流過，使激光二極管能正常工作。APC電路通過電流負(fù)反饋電路抑制由于溫度變化而引起的光功率的變化。激光二極管與監(jiān)測PIN管是集成在一起的元器件。具體的電路圖如圖2。

2.1激光二極管(LD)

激光二極管的光輸出特性曲線如圖3。

(1)縱坐標(biāo)P表示輸出光功率。

(2)橫坐標(biāo)I表示驅(qū)動(dòng)電流。

由圖3可以看出，只有當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流大于激光器的閾值電流時(shí)激光器才能工作發(fā)光，因此要使LD發(fā)射激光，就要供給LD略大于閾值電流的工作電流。FU-423SLD-F3M31激光二極管正常工作的條件：

(1)供給LD的電流大于閾值電流的5%左右。

(2)調(diào)制電流為5－15mA，典型閾值為6mA。

FU-423SLD-F3M31激光二極管，它連接有一單模光纖，且LD與監(jiān)測光輸出的監(jiān)測PIN管組合在一起。PIN光電二極管用來監(jiān)測激光器的背向輸出光功率，其輸出光功率的大小取決于LD的輸出值。另外該管的一個(gè)顯著特性是對溫度極其敏感。實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)溫度從17℃上升到30℃時(shí)，光輸出功率變化14個(gè)dB，且該管通過的電流為515mA。當(dāng)電流一旦過大，將燒壞LD管，這在設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)要特別注意！

2.2驅(qū)動(dòng)電路

由于LD管中只要有電流通過就能發(fā)光，所以采用簡單的純電阻電路。采用負(fù)電源是由于激光二極管的正極接地，如圖2中U2所示。

2.3APC電路

電路APC部分，采用背向光反饋?zhàn)詣?dòng)偏置控制方式，即用半導(dǎo)體激光器組件中的PIN光電二極管監(jiān)測激光器背向輸出光功率。因?yàn)楸诚蜉敵龉夤β誓芨櫱跋蜉敵龉夤β实淖兓ㄟ^閉環(huán)控制系統(tǒng)就可以調(diào)節(jié)激光器的電流，達(dá)到輸出穩(wěn)定光功率的目的。

自動(dòng)功率控制電路由運(yùn)算放大器U4、U5和三極管Q1及其外圍電路組成。反饋取自LD的背向光，由PIN管檢出并轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電流。經(jīng)電容C20濾波后加于U4運(yùn)放的反相輸入端，將電流信號轉(zhuǎn)化成電壓信號V1。U5用作差分積分器，其同相輸入端由LM336和運(yùn)放U7組成的+2.5V穩(wěn)定基準(zhǔn)源及變位器R20組成?；鶞?zhǔn)電壓的輸出為V2。調(diào)節(jié)變位器R20即可實(shí)現(xiàn)人工調(diào)節(jié)。U4的輸出為V3。則：

V_{3}={1}\over{R_{7}C_{22}}\int(V_{2}-V_{1})dt

控制過程如下：當(dāng)由于某種原因使LD的輸出光功率降低時(shí)，則背向光的輸出也減弱。PIN輸出電流減小，即V1減小。由上式可知，經(jīng)過積分將使V3增大。因此Q1的基極電流增大，集電極電流隨之增大，而集電極電流正是預(yù)偏置電流。因此流入激光器的電流增大，從而使光功率輸出保持不變。


實(shí)驗(yàn)調(diào)試


調(diào)節(jié)電路中電位器，可以得到不同的光功率輸出值。

實(shí)驗(yàn)測得：本電路正常工作時(shí)可以發(fā)出0dB、-10dB、-20dB、-30dB、-40dB等可調(diào)的光功率值(也可以發(fā)出更低的光功率，但這時(shí)激光器發(fā)出的已經(jīng)是熒光了，沒有實(shí)際意義)。

將電路放入恒溫箱內(nèi)進(jìn)行溫度影響實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在激光源的實(shí)際工作溫度范圍內(nèi)，其光功率輸出值僅僅變化0.2dB。而且在某一固定的溫度下，其輸出值的為0.1dB。


結(jié)論


本文中的設(shè)計(jì)電路簡單。電路中參數(shù)配置，使流入激光二極管的電流不會超出其極限值。因此該電路是一種簡單、性能價(jià)格比較高的穩(wěn)定化激光光源電路設(shè)計(jì)。