專利名稱：半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光纖通信領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)模塊。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器作為一種電光轉(zhuǎn)換器件，由于其尺寸小、重量輕、低電壓驅(qū)動(dòng)、量子 效率高等優(yōu)點(diǎn)，在光纖通信中得到了普遍應(yīng)用。實(shí)際應(yīng)用中，要求半導(dǎo)體有恒定的光功率、 穩(wěn)定的波長輸出和高的可靠性。然而由于半導(dǎo)體激光器對溫度變化的敏感性和對電沖擊承 受能力差等缺點(diǎn)，單獨(dú)的激光器很難達(dá)到實(shí)際應(yīng)用中的這些要求。首先溫度的變化和器件 的老化會(huì)給激光器帶來許多不穩(wěn)定因素，主要有(l)激光器的閥值電流隨溫度成指數(shù)變 化規(guī)律，并隨器件的老化而增加，從而使輸出光功率發(fā)生變化。(2)隨著溫度升高和器件老 化，激光器的電光轉(zhuǎn)換效率降低，從而使激光器的輸出功率變化。(3)隨著溫度的不同變化， 半導(dǎo)體激光器的光發(fā)射波長也會(huì)產(chǎn)生變化。其次，半導(dǎo)體激光器對電沖擊的承受能力也很 差，微小的電流將導(dǎo)致光功率輸出和器件參數(shù)的變化，這些變化直接危及器件的安全使用。 目前大功率半導(dǎo)體激光器的價(jià)格雖然和以前相比，已大幅度下降，但仍然價(jià)格不 菲。因此，一個(gè)好的激光器驅(qū)動(dòng)模塊必須具備以下兩個(gè)方面的功能(l)設(shè)計(jì)合適的電路， 消除溫度變化和器件老化的影響(2)設(shè)計(jì)必須的保護(hù)電路，防止瞬間電壓或電流增大等電 沖擊，防止過驅(qū)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對激光器對工作穩(wěn)定性、可靠 性及功率輸出、波長穩(wěn)定性的要求，提供一種新的設(shè)計(jì)方案，從而減少半導(dǎo)體激光器對溫度 變化的敏感性、增強(qiáng)對電沖擊承受能力。 本實(shí)用新型是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)模塊主要包括基準(zhǔn)電壓產(chǎn) 生電路、APC(自動(dòng)功率控制)及其工作參數(shù)檢測電路、ATC(自動(dòng)溫度控制)及其工作參 數(shù)檢測電路三部分電路，其特征在于所述APC及其參數(shù)檢測電路由比較電路、誤差積分電 路、功率檢測電路、激光電流驅(qū)動(dòng)電路組成；ATC及其工作參數(shù)檢測電路由比較電路、誤差 積分電路、溫度檢測電路及制冷電流驅(qū)動(dòng)電路組成。 基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路一路連接到APC及其工作參數(shù)檢測電路部分中的比較電路，比 較電路連接誤差積分電路，誤差積分電路連接激光器電流驅(qū)動(dòng)電路，激光器電流驅(qū)動(dòng)電路 連接到集成在激光器組件中的激光管，集成在激光器組件中的背光檢測二極管連接功率檢 測電路，功率檢測電路連接比較電路； 基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路另 一路連接到ATC及其參數(shù)檢測電路部分中的比較電路，由比 較電路連接誤差積分電路，誤差積分電路連接制冷電流驅(qū)動(dòng)電路，制冷電流驅(qū)動(dòng)電路連接 集成在激光器組件中的制冷器，集成在激光器組件中的熱敏電阻連接溫度檢測電路，溫度 檢測電路連接比較電路； 基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路主要為APC及其工作參數(shù)檢測電路部分和AT及其參數(shù)檢測電路部分提供基準(zhǔn)電壓。由于基準(zhǔn)電壓的變化直接影響控制的精確度，因此要求基準(zhǔn)電壓產(chǎn) 生電路具有足夠的穩(wěn)定性。 半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)模塊選用各個(gè)指標(biāo)都非常優(yōu)異的LM136為基準(zhǔn)源，并通過運(yùn)放 產(chǎn)生不同的基準(zhǔn)電壓。 APC及其參數(shù)檢測電路由比較電路部分的主要功能是實(shí)現(xiàn)激光器光功率的穩(wěn)定 輸出。本激光器驅(qū)動(dòng)模塊采用恒功率驅(qū)動(dòng)方式，集成在激光器組件中的背光檢測二極管接 收激光管的部分輸出功率，由功率檢測電路轉(zhuǎn)化為電壓，然后與基準(zhǔn)電壓比較，得到誤差信 號(hào)，此誤差信號(hào)被積分放大后，通過電流驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)激光器輸出；調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓，可以控 制激光器的輸出功率。 半導(dǎo)體激光器是電流驅(qū)動(dòng)器件，輸出功率和流過激光器的電流成線性關(guān)系。對于 激光器的驅(qū)動(dòng)一般有恒流驅(qū)動(dòng)和恒功率驅(qū)動(dòng)兩種方式。恒流驅(qū)動(dòng)是利用負(fù)反饋原理，控制 流過激光器的電流，使其保持恒定，從而間接達(dá)到穩(wěn)定光功率輸出的目的。恒功率輸出控制 方式利用光電二極管檢測激光器的輸出功率，通過反饋電路，將其變化量直接反饋給電流 驅(qū)動(dòng)電路，從而達(dá)到真正的輸出功率穩(wěn)定的目的。恒流驅(qū)動(dòng)主要有兩個(gè)缺點(diǎn)第一，由于半 導(dǎo)體對溫度敏感，因此，即使保持其驅(qū)動(dòng)電流恒定，其輸出功率也可能變化。第二，激光器經(jīng) 過長期使用后，電光轉(zhuǎn)化效率以及閥值電流變化較大，極容易造成激光器輸出功率變化，從 而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)模塊指標(biāo)下降。此模塊采用恒功率輸出控制電路，由于它是輸出功率的直接反 饋，不會(huì)有上述缺點(diǎn)。 ATC及其工作參數(shù)檢測電路部分和APC及其參數(shù)檢測電路部分結(jié)構(gòu)基本類似，半 導(dǎo)體激光器組件內(nèi)部集成有制冷器，一般為帕爾制冷器。該制冷器由特殊的材料制成，當(dāng)其 通過直流電流時(shí)，一端致冷(吸熱)，另一端放熱；在激光器組件中，將致冷器的冷端貼在激 光器的熱沉上，測試用的熱敏電阻也貼在熱沉上，通過自動(dòng)溫度控制電路控制流過致冷器 的電流就可以控制激光器管芯的溫度，從而達(dá)到自動(dòng)溫度控制的目的。 溫度檢測電路利用熱敏電阻電阻值隨溫度變化而變化的特性將溫度轉(zhuǎn)換成與之 相對應(yīng)的電壓。當(dāng)激光器工作溫度升高時(shí)，比較放大器的輸入端電平降低，而基準(zhǔn)電壓的電 位不變，這樣比較放大器的輸出端電壓升高，控制致冷驅(qū)動(dòng)器，使其電流增加，即致冷器的 電流增加，其致冷端溫度下降，吸走增加的熱量，使激光器組件的溫度下降，如此反復(fù)循環(huán) 調(diào)整，直到達(dá)到熱平衡狀態(tài)，即致冷器吸收的熱量恰好等于激光器產(chǎn)生的熱量以及由于環(huán) 境溫度升高增加的熱量，使激光器組件內(nèi)的溫度維持在激光器最佳工作狀態(tài)時(shí)所需要的環(huán) 境溫度中。 為了保證激光器模塊高效可靠的運(yùn)行和維護(hù)管理的方便，該控制模塊同時(shí)具有激 光器偏置電流檢測、溫度檢測、制冷電流檢測、輸出功率檢測等功能電路。另外，為保護(hù)激光 器，也制作了激光器偏置電流開關(guān)功能，當(dāng)遠(yuǎn)端檢測發(fā)現(xiàn)激光器驅(qū)動(dòng)異常時(shí)，可以通過在控 制管腳加高電平的方式遠(yuǎn)程自動(dòng)關(guān)斷驅(qū)動(dòng)偏置電流。
本實(shí)用新型的有益效果是半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)模塊全部采用模擬方式實(shí)現(xiàn)，電路
簡單，可充分滿足通訊用激光器對輸出光功率恒定、溫度穩(wěn)定性好的控制要求。 另外，該模塊電路具有對激光器各工作參數(shù)的檢測輸出，外部接口電路可以方便
地對溫度，輸出功率、偏置電流、制冷電流等工作進(jìn)行檢測，如果其中任何一項(xiàng)有異常，可以
通過CONT接口關(guān)斷激光器的偏置電流，起到保護(hù)激光器的效果。為了延長激光器的使用壽命，一般要求LD不能瞬間加電，流過LD的電流應(yīng)該緩慢增大，由于APC電路具有積分項(xiàng)，上 電時(shí)，LD的電流是緩慢增加的，很容易的達(dá)到了要求。

圖1為半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)模塊原理框圖，并作為摘要附圖； 圖2為基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路原理圖； 圖3為APC、功率檢測和偏流檢測電路圖； 圖4為ATC、溫度檢測和制冷電流檢測電路圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)描述本實(shí)用新型； 如圖1至圖4所示，半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)模塊主要包括基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、APC(自動(dòng)功率 控制)及其工作參數(shù)檢測電路、ATC(自動(dòng)溫度控制)及其工作參數(shù)檢測電路三部分電路。 激光發(fā)射模塊采用的激光器件是DFB激光器(分布反饋式激光器)組件。為清晰 方便，在圖3、圖4的電路圖中，DFB激光器中的制冷器、熱敏電阻、背光檢測二極管等被單獨(dú) 拿了出來，在實(shí)際電路連接時(shí)，按照圖3、圖4的連接關(guān)系、將對應(yīng)電路連接到DFB激光器的 對應(yīng)管腳即可。 如圖1所示，為達(dá)到激光器輸出功率和工作溫度的穩(wěn)定，ATC、APC電路都有一個(gè)基 準(zhǔn)電壓參考源。由該電路的控制原理知，基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定度，直接影響被控量即輸出功率和 工作溫度的穩(wěn)定性，因此，提供一個(gè)穩(wěn)定的參考電壓源至關(guān)重要。具體電路如圖2所示，其 中Dl是一個(gè)的穩(wěn)壓參考源，它有極高的溫度穩(wěn)定性，它與R29配合，產(chǎn)生2. 5V的穩(wěn)定電壓， 經(jīng)過R27、R21分壓后，產(chǎn)生2V參考電壓。U3B將2V參考電壓放大兩倍，并通過射極跟隨器 提供兩個(gè)4V參考電壓。 如圖3所示，APC及其參數(shù)檢測電路部分還包括背光檢測電路及激光器偏流開關(guān) 電路。當(dāng)背光檢測二極管受到激光照射后，便會(huì)在R1上產(chǎn)生與光功率線性對應(yīng)的電壓。R2、 R3、 R4、 R5、 U2C組成的差分放大器將Rl上產(chǎn)生的電壓放大后， 一路通過R7連接到U2D放 大器的負(fù)輸入端，一路經(jīng)U2B放大器放大后輸出供外部檢測激光器的輸出功率。U2D、 C2、 R7組成誤差積分電路，它將U2D負(fù)輸入端的背光檢測電壓與正輸入端基準(zhǔn)電壓的差值積分 后，控制Q3三極管產(chǎn)生對應(yīng)的電流驅(qū)動(dòng)LD。由于流過LD的電流與流過R16的電流相等， 因此檢測R16兩端的電壓即可檢測LD的偏置電流。AD620將R16兩端產(chǎn)生的電壓放大，經(jīng) U2A組成的射極跟隨器輸出，用于檢測LD的偏置電流。4N35是一個(gè)光耦C0NT控制端，通過 控制它，控制4N35的5腳的電位，進(jìn)而控制偏流的通斷。APC具體控制過程如下假如輸出 功率變大，則U2C的輸出端，即背光檢測電路輸出端的電壓也必然增加，而U2D的正輸入端 的參考電壓并不變，如此，由U2D組成的反向誤差積分電路的輸出端，即Q3的基極電壓則降 低，促使輸出端功率變小，反之亦然。 ATC及其參數(shù)檢測電路由ATC、溫度檢測、制冷電流檢測三部分電路組成。如圖4 所示，熱敏電阻、RT3、 R47、 R48組成一個(gè)電橋，將溫度的變化直接轉(zhuǎn)化為電壓，U1C將該電 壓積分放大后，驅(qū)動(dòng)Ql和Q2組成的電流放大電路，驅(qū)動(dòng)制冷器工作。U1B檢測熱敏電阻兩 端的電壓，輸出后用于檢測激光器的工作溫度。U1D放大Rb兩端的電壓后，通過U1A組成的射極跟隨器輸出，用于檢測制冷電流的大小。ATC控制電路具有雙向控制能力，即具有制熱和制冷的能力。具體控制過程如下在目標(biāo)控制溫度時(shí)，熱敏電阻和RT3阻值相等，電橋電壓輸出為零，進(jìn)而U1C的輸出也為零，此時(shí)制冷電流為零，當(dāng)實(shí)際工作溫度大于目標(biāo)溫度時(shí)，由于熱敏電阻是負(fù)溫度系數(shù)，熱敏電阻阻值變小，導(dǎo)致U1C的輸出電壓變大，TEC制冷器的電流變大，取得制冷的過程，反之道理相同。 根據(jù)上述說明，結(jié)合本領(lǐng)域技術(shù)可實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的方案。
權(quán)利要求一種半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)模塊，主要包括基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、APC及其工作參數(shù)檢測電路、ATC及其工作參數(shù)檢測電路三部分電路，其特征在于所述APC及其參數(shù)檢測電路由比較電路、誤差積分電路、功率檢測電路、激光電流驅(qū)動(dòng)電路組成；ATC及其工作參數(shù)檢測電路由比較電路、誤差積分電路、溫度檢測電路及制冷電流驅(qū)動(dòng)電路組成；基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路一路連接到APC及其工作參數(shù)檢測電路部分中的比較電路，比較電路連接誤差積分電路，誤差積分電路連接激光器電流驅(qū)動(dòng)電路，激光器電流驅(qū)動(dòng)電路連接到集成在激光器組件中的激光管，集成在激光器組件中的背光檢測二極管連接功率檢測電路，功率檢測電路連接比較電路；基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路另一路連接到ATC及其參數(shù)檢測電路部分中的比較電路，由比較電路連接誤差積分電路，誤差積分電路連接制冷電流驅(qū)動(dòng)電路，制冷電流驅(qū)動(dòng)電路連接集成在激光器組件中的制冷器，集成在激光器組件中的熱敏電阻連接溫度檢測電路，溫度檢測電路連接比較電路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)模塊，APC及其參數(shù)檢測電路由比較電路、誤差積分電路、功率檢測電路、激光電流驅(qū)動(dòng)電路組成；ATC及其工作參數(shù)檢測電路由比較電路、誤差積分電路、溫度檢測電路及制冷電流驅(qū)動(dòng)電路組成，通過APC及其參數(shù)檢測電路的功能實(shí)現(xiàn)激光器光功率的穩(wěn)定輸出、通過ATC及其參數(shù)檢測電路控制流過致冷器的電流來控制激光器管芯的溫度，從而達(dá)到自動(dòng)溫度控制的目的，激光器驅(qū)動(dòng)模塊全部采用模擬方式實(shí)現(xiàn)，電路簡單，可充分滿足通訊用激光器對輸出光功率恒定、溫度穩(wěn)定性好的控制要求。
文檔編號(hào)H01S5/042GK201549765SQ200920251210
公開日2010年8月11日 申請日期2009年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月2日
發(fā)明者朱力, 楊林, 沈通, 王衛(wèi)龍, 陳偉峰 申請人:天津光電通信技術(shù)有限公司