基于CPT原子鐘的VCSEL激光器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．1 恒定電路驅(qū)動(dòng)
由于半導(dǎo)體激光器屬非線性器件，理想情況下流過(guò)激光器的電流與加在器件兩端電壓成指數(shù)關(guān)系，所以微小的電壓變化可以導(dǎo)致光功率輸出的極大變化和器件參數(shù)(如激光波長(zhǎng)、閾值電流)的變化，這些變化直接影響器件的測(cè)試和安全使用。垂直腔面發(fā)射激光器的光功率與電流在正常工作區(qū)間內(nèi)基本成線性關(guān)系，因而在實(shí)際測(cè)試中，通常采用電流源的驅(qū)動(dòng)方式。VCSEL器件是直流器件，但為保證激光器能夠安全工作，本文采用恒流式的驅(qū)動(dòng)方式，研究并設(shè)計(jì)制作了恒流式驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)電路主要包括ACC恒流控制電路，可調(diào)偏置電路，激光二極管限幅電路，推挽OCL 功放驅(qū)動(dòng)電路和激光二極管保護(hù)電路5部分，其電路框罔如圖2所示。

ACC恒流控制驅(qū)動(dòng)電路是通過(guò)將電阻R兩端的電壓作為反饋輸入，其實(shí)質(zhì)是將LD的驅(qū)動(dòng)電流反饋至輸入端，反饋信號(hào)再經(jīng)精密放大器放大、跟隨器后，進(jìn)入到反相求和運(yùn)算放大器的負(fù)相輸入端，并與設(shè)定值VM進(jìn)行比較，輸出兩者之差，經(jīng)限幅電路，積分電路后，送入推挽功率放大電路的輸入端。
2．2 溫度控制系統(tǒng)
溫度的變化經(jīng)溫度傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后將其與預(yù)先給定溫度進(jìn)行比較，偏差信號(hào)經(jīng)P-I控制調(diào)節(jié)電路處理后驅(qū)動(dòng)制冷器工作，使溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度附近。溫度控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。

溫度傳感器選為熱敏電阻，用來(lái)檢測(cè)LD的溫度，靈敏度高，使用前應(yīng)先對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定。溫度調(diào)節(jié)器件選用熱電制冷器，它是利用帕爾帖效應(yīng)的半導(dǎo)體制冷器件，體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易控制。工作時(shí)，一端制冷，另一端制熱，所以可通過(guò)改變電流方向變換制冷面、制熱面。

3 VCSEL激光器系統(tǒng)分析及結(jié)論
對(duì)整體激光器系統(tǒng)在常溫25％測(cè)試了電流穩(wěn)定度(如圖4所示)及激光光譜(如圖5所示)。

從以上測(cè)量曲線可得出，LD驅(qū)動(dòng)電源電壓的紋波峰峰值為14 mV，經(jīng)計(jì)算可得電流穩(wěn)定度為0．05 mA。