有助于防止激光二極管毀壞的激光仿真器

激光二極管可能在數(shù)納秒內(nèi)自行毀壞，因此測(cè)試一個(gè)反饋穩(wěn)定的激光二極管驅(qū)動(dòng)器的響應(yīng)和穩(wěn)定性可能是費(fèi)用很高的。圖1所示仿真器電路示出了一個(gè)典型的激光二極管封裝，封裝內(nèi)不僅有由電流IL驅(qū)動(dòng)的激光二極管，而且還有一個(gè)光

電二極管。激光二極管的前端面發(fā)射在外界起作用的主光束，而后端面則發(fā)射落到光電二極管上的參考光束。

盡管參考光束比主光束弱得多，但是其功率與主光束的功率成正比，光電二極管產(chǎn)生的電流IP也是如此。通過一個(gè)精心設(shè)計(jì)的放大器將光電二極管回接到激光二極管驅(qū)動(dòng)器上，就可以構(gòu)成一個(gè)完整的反饋回路，該反饋回路應(yīng)該能夠使主光束功率保持穩(wěn)定不變。其奧妙之處就在于能確保激光二極管在任何情況下決不保持破壞性過載。

激光二極管有一個(gè)電流閾值(即“拐點(diǎn)”)，低于此閾值，激光二極管的輻射很弱，而且是非相干的，光電流IP也是如此。超過了拐點(diǎn)，就發(fā)生激光作用，光輸出和光電流就隨著驅(qū)動(dòng)電流的增大而線性增大。

仿真器必須反映這些特性，圖2所示電路包含了一個(gè)提供閾值的基本壓控電流源。這種仿真器以一個(gè)TO-92或E型封裝PNP晶體管和兩個(gè)電阻器為基礎(chǔ)，并用環(huán)氧樹脂密封。它可以替代激光二極管，直到電路工作穩(wěn)定為止。制造幾個(gè)模塊來仿真各種不同額定值的激光二極管是很方便的。

工作時(shí)，激光驅(qū)動(dòng)器吸收電流IL，并在R1兩端產(chǎn)生電壓VS。當(dāng)VS超過Q1的VBE時(shí)，Q1導(dǎo)通并為反饋控制電路提供仿真的光電流IP。隨著IL的提高，IP也成比例地線性提高。

作為一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例，要考慮使用普通激光二極管，其閾值電流(ITH)為10 mA，全光輸出時(shí)的工作電流(ILMAX)為30 mA，滿額功率時(shí)的光電流(IPMAX)為100 μA。于是，R1必須等于VBE/ITH，即560 mV/10 mA，從而得出R1的阻值為56Ω。R2則等于 ((ILMAX·R1)-VBE)/IPMAX，即約為11 kΩ。將560 mV這一電壓值用作VBE，就會(huì)使IL和IP之間的關(guān)系最佳。

將晶體管反接(即互換Q1的集電極連線和發(fā)射極連線)，就會(huì)產(chǎn)生更為陡峭的導(dǎo)通閾值電壓(約為500 mV)，但卻使IP對(duì)IL曲線的斜率降低。在本例中，晶體管反接要求將R2的阻值減小到約7.5 kΩ。

雖然反接的晶體管電路需對(duì)電阻器的阻值進(jìn)行一些試驗(yàn)才能獲得最佳性能，但卻可提供更陡峭的閾值，因此可以進(jìn)行更符合實(shí)際的仿真。幾乎任何一種PNP雙極性結(jié)型晶體管(例如ZTX502)都可用作Q1，而將R2的阻值減小30%可以使IP保持在所需的IP標(biāo)稱值的±5%以內(nèi)。

要注意的是，即使是同一批的產(chǎn)品，激光二極管的特性也相差很大，因此使用優(yōu)選值電阻器作為R1和R2不會(huì)對(duì)性能造成什么實(shí)際的差別。激光二極管的典型正向壓降約為2V，因此在全電流下，仿真器電路不應(yīng)該再降低電壓。此外，仿真器電路的響應(yīng)也比激光二極管慢，不過，如果反饋電路的工作速度更慢(通常就是如此)的話，仿真器的慢速響應(yīng)就不會(huì)有什么問題。

適用于N型激光二極管的仿真器需要一個(gè)NPN晶體管，并且要求反接。更復(fù)雜的激光二極管可能需要包含電流反射鏡和額外連線的更精巧的電路。如果能夠獲得符合電流源要求的適當(dāng)電源電壓，就可以將一個(gè)LED與IL引線串聯(lián)聯(lián)接，以提供對(duì)電路工作情況的視覺指示。把一臺(tái)示波器接在R1兩端，就可監(jiān)視激光器驅(qū)動(dòng)電流和調(diào)制電流。(在這種情況下，“N型”和“P型”不是指激光二極管器件的擴(kuò)散，而是指公共端的極性。)