[发明专利]一种具有恒定波长和功率的激光驱动器电路

说明书

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种具有恒定波长和功率的激光驱动器电路。

背景技术

在光检测技术领域，经常会使用激光二极管作为光源，以激发检测标的物产生荧光。为了保证检测的准确性，需要激光二极管发出的光的波长和功率保持恒定。但是，由于激光二极管的物理特性决定，激光二极管发出光的波长受到其工作温度的影响，因此，随着激光二极管工作时间的增加，导致其工作温度升高，会直接影响到激光二极管发出光的波长。随着温度的升高激光二极管发出光的波长会有一定范围的波动，这种波动对于需要被激发的荧光的激发效率有着比较大的影响，造成系统数据采集的不稳定。这就需要对激光二极管发出光的波长进行控制，而要控制激光二极管发出光的波长就必须控制激光二极管发光时的工作温度。

同时，为保证光检测的稳定性，需要作为光源的激光二极管发出的光具有恒定的功率。但通常情况下激光二极管的发光功率也会受到温度等其他因素的影响。因此，也需要对激光二极管的发光功率进行调控，以保证其发光功率的稳定。

目前，为了得到一个稳定的温度设定值，系统通常使用一个数字控制器获取当前需测定的温度值，然后通过控制器计算测定温度与设置温度之间的偏差并输出一个控制信号，用其控制加热或制冷器件调节激光二极管的环境温度，达到恒温控制的目的。同时，通常的激光二极管驱动电路使用恒流方式驱动，属于半开环控制，这样仅对电功率实现了闭环控制，如使用LM317等恒流集成控制电路。

现有方式进行温度采集控制的恒温电路虽然有控制精度高的特点，但是需要在系统内增加控制器用来对温度进行闭环控制，增加了设计及生产成本、同时增加了产品的故障率。

现有的激光二极管恒流驱动电路虽然能够达到对激光二极管电功率的稳定控制，但是受限于外界环境变化造成的对光功率的影响，无法得到一个稳定的光功率输出。

发明内容

为了解决目前在激光二极管的发光波长和功率控制技术方面的问题，本发明提供一种具有恒定波长和功率的激光驱动器电路。通过本发明所述激光驱动电路，既能够保证激光二极管发出的光具有恒定的波长和功率，又能够有效克服现有技术设计复杂、成本高和不能有效控制光功率等不足。

为实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种具有恒定波长和功率的激光驱动器电路，包括激光器二极管、波长闭环控制电路和功率闭环控制电路。所述激光器二极管为所述激光驱动器电路的核心器件，所述波长闭环控制电路和功率闭环控制电路，分别与所述激光器二极管电连接，对所述激光器二极管的发光波长和输出功率进行采样和调控，以达到恒定控制所述激光器二极管的发光波长和输出功率的目的。

所述波长闭环控制电路包括RTD（ Resistance Temperature Detector ，电阻式温度检测器）温度采集传感器、桥式测温电路、低通滤波器、温度比较电路、TEC驱动器和半导体制冷片，所述各器件顺次电连接，所述RTD和半导体制冷片与所述激光器二极管连接，从而构成一个采样控制的闭环。

所述桥式测温电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，电容C1、C2，运算放大器U1，电源V1，各器件连接关系如图所示。其中， R3为RTD电阻，V1为可调式恒压源。

所述桥式测温电路的工作原理是：RTD电阻R3在0℃条件下阻值为100欧姆，在-55至+155温度范围内，其阻值随温度线性变化。V1作为一个可调式恒压源，在V1点得到一个固定的电压。此点电压经过R1、R3以及R2、R4形成两个对地回路。当温度变化的时候R3的阻值发生变化，从RTD的参数中可得出，在-55℃条件下阻值为78.32欧姆，这就意味着在R4选择使用78.7欧姆的时候，在-55℃的情况下运算放大器U1的反向输入端以及非反相输入端的电平基本相同，此时U1的输出应为0V，随着温度的升高R3的阻值变大运算放大器的非反相输入端的电压就会升高，此时U1的输出电压也会随之升高。Voltage1点为运算放大器U1的输出，这点的电压是随着温度的升高而升高，呈线性关系。该调理电路的输出电压与RTD阻值关系如附图4所示，为满足后端电路的输入要求，将此电路的输出范围调整在0-5V的区间内。

所述波长闭环控制电路的工作原理是利用激光二极管发光波长受其工作环境温度影响的特点，通过调控激光二极管工作环境的温度，实现控制其发光波长的目的。