[发明专利]一种激光器自动光功率控制电路

说明书

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及激光器的自动光功率控制领域，具体涉及一种实现激光器自动光功率控制电路。

背景技术

激光器光功率控制利用激光器组件内的背向光探测器将激光器的背向光输出功率转换为光电流，光电流放大后反馈控制激光器的偏置电流，使激光器输出背向光功率为固定值，从而达到稳定激光器光功率的目的。

如图1所示为APC(自动光功率控制电路)工作原理图，现有的自动光功率控制电路包括，PIN(背向光功率检测二极管，即光检测二极管)11、TIA(Transimpedance Amplifier，跨阻放大器)12、比例积分电路13，功率驱动及保护电路14和LD(激光器二极管)15，经过背向光检测功率检测二极管11输出的光电流通过跨阻放大器12转换成输出功率监测电压。

如图2所示为传统的跨阻放大器12的电路结构框图，从图中可以看出，跨阻放大器包括，运算放大器OA1和跨阻Rtz，其中跨阻Rtz的一端与运算放大器OA1反向输入端连接，另一端与运算放大器OA1的输出端连接，从图2中可以看出跨阻放大器电路的输出电压Vtz正比于光生电流Ipd，即，

Vtz＝Rtz*Ipd    (1)

从公式(1)中可以看出，通过改变跨阻放大器12电路中跨阻Rtz的大小可以改变跨阻放大器电路的输出电压Vtz的大小，而Ipd与激光器输出功率之间满足：

Ipd＝Ka*Pout    (2)

其中Ka为耦合系数(mA/mW)，用来表示激光器的PIN管11的光生电流Ipd与激光器输出功率Pout之间的耦合关系(简化模型)，将上述公式(1)和公式(2)合并可以得到：

Vtz＝Rtz*Ipd＝Rtz*Ka*Pout    (3)

通常跨阻放大器12电路的输出电压Vtz将送到下一级比例积分电路13的运算放大器OA2的反向输入端，与正向设定电压Vset(通常为一参考电压)作比，当两者差值不为零时积分电路起作用，并驱动后续电路改变激光器的偏置电流Ibias，从而改变激光器的输出功率Pout。

由于激光器输出功率的变化将引起PIN管11的光电流Ipd的变化，于是跨阻放大器12电路的输出检测电压Vtz也将跟随Pout的变化而发生改变，直到Vtz与比例积分电路13的正向设定电压Vset相等并最终稳定在该电压，Vtz不变意味着Ipd稳定不变，则Pout也稳定在某个数值，于是APC电路进入稳定工作状态，这也正是APC电路的工作原理。

根据APC电路的上述工作原理可以得到，当APC电路趋于稳定时，Vtz＝Vset，将该等式代入公式(2)得到：

Vset-Vref＝Rtz*Ka*Pout    (4)

当Ka，Vset和Vref(参考电压)给定的条件下，可以得到激光器输出功率Pout与跨阻Rtz的关系式为：

$\mathrm{Pout}=\frac{\mathrm{Vset}-\mathrm{Vref}}{\mathrm{Ka}*\mathrm{Rtz}}---\left(5\right)$

公式(5)说明当APC电路稳定工作时，激光器的输出光功率Pout由跨阻放大器12电路的跨阻Rtz决定，调节Rtz大小即可调节激光器输出功率的大小，图3给出Pout与Rtz的典型关系曲线，从图中可以看出激光器的输出功率Pout与跨阻之间存在非线性关系。