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高穩定性光纖激光器恒流驅動系統設計與實現

電子技術應用

王拓1，唐德東1，王凱2，張淑敏1，李欣宇1，孟坤3

1.重慶科技大學電氣工程學院；2.中國石油西南油氣田川西北氣礦； 3.青島青源峰達太赫茲科技有限公司

摘要： 光纖激光器波長和輸出功率的穩定性易受泵浦源驅動電流波動的影響，為應對該問題，設計了一款高精度、高穩定性恒流驅動系統。恒流源部分采用閉環負反饋原理，通過金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）來控制恒流輸出，實現了對半導體激光器（LD）驅動電流的精準控制；限流保護電路利用二極管的限幅作用使LD免受過電流沖擊的影響，電流緩慢啟動采用軟件控制的方法確保LD免受浪涌電流損害；光功率探測電路采用ADA4530芯片，確保在極低光照水平下也可精準探測到功率輸出。實驗結果表明，該電路可實現驅動電流在0~1.2 A連續可調，電流短期（120 min）和長期（24 h）穩定性分別為±0.001 mA和±0.002 mA；激光器中心波長波動不超過±0.03 nm，輸出功率的穩定度不超過0.084 3%，精度小于±0.15 mW。

關鍵詞： 光纖激光器恒流驅動穩定性泵浦源

中圖分類號：TN248 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.244826
中文引用格式： 王拓，唐德東，王凱，等. 高穩定性光纖激光器恒流驅動系統設計與實現[J]. 電子技術應用，2025，51(4)：49-53.
英文引用格式： Wang Tuo，Tang Dedong，Wang Kai，et al. Design and implementation of a constant current driving circuit for high stability fiber optic device[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(4)：49-53.

Design and implementation of a constant current driving circuit for high stability fiber optic device

Wang Tuo1，Tang Dedong1，Wang Kai2，Zhang Shumin1，Li Xinyu1，Meng Kun3

1.College of Electrical Engineering， Chongqing Science and Technology University； 2.PetroChina Southwest Oil & Gas Field Sichuan Northwest Gas Mine Sichuan； 3.Qingdao Quenda Terahertz Technology Co.， Ltd.

Abstract： The stability of the wavelength and output power of the fiber laser is susceptible to fluctuations in the pump drive current, and a high-precision, high-stability constant-current drive system has been designed to cope with this problem. The constant current source part adopts the closed-loop negative feedback principle to control the consistent current output through the Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET), realizing the precise control of the semiconductor laser (LD) drive current. The current-limiting protection circuit protects the LD from overcurrent shocks by utilizing the diode's limiting effect, and the current slow start uses a software-controlled method to protect LD from inrush current damage. The ADA4530 chip is used in the optical power detection circuit to ensure accurate detection of power output even at deficient light levels. The experimental results show that the circuit can achieve continuous adjustment of the drive current from 0 A to 1.2 A, with short-term (120 min) and long-term (24 h) current stability of 0.001 mA and 0.002 mA, respectively. The wavelength fluctuation of the laser center does not exceed 0.03 nm, and the stability of the output power does not exceed 0.084 3%, with an accuracy of less than ±0.15 mW.

Key words : fiber laser；constant current drive；stability；pump source

引言

半導體激光器又稱半導體激光二極管(Laser Diode，LD)，具有結構緊湊、重量輕、效率高、波長易于調制等優點，已被廣泛應用于科研、工業、軍事、醫療等[1-3]領域，作為光纖激光器的主要泵浦源，其性能的穩定性直接影響激光器的輸出性能[4]。LD是以半導體材料為工作物質而產生受激輻射的激光器件，工作時通常采用注入電流的方式進行激勵，注入電流的微弱變化對LD的影響非常大，甚至會損壞激光器，還會造成激光器輸出波長的漂移(漂移系數達0.2 nm/mA)和輸出功率的變化[5]。

目前，國外對激光器驅動系統的研究已經達到較高水平，很多方面都領先于國內，如電流控制精度與調節范圍、功率穩定性等。國外Wavelength公司MPL激光器恒流源可輸出0~2.5 A可調電流，短期(1 h)和長期(24 h)穩定度分別為0.03 mA和0.075 mA[6]；Thorlabs公司LDC202激光器恒流源長期(24 h)穩定性小于0.003 mA[7]；ILX Lightwave公司LDX激光器恒流源電流精度達0.01 mA，電流穩定性小于0.002%[8]。國內研究人員田亞玲等[9-10]設計實現輸出電流精度為0.01 mA，長期穩定度達0.004%的恒流源；邢素霞等[11]設計實現驅動電流0~300 mA連續可調且誤差保持在±0.003 mA內。與國外相比，國內高校和廠商研發的恒流驅動系統雖然在精度和穩定性可以達到使用要求，但在電流調節范圍、長期工作以及光功率輸出穩定性方面存在一定差距。為確保光纖激光器輸出性能的穩定性，設計一種高精度、高穩定性、寬調節范圍和易集成的恒流驅動系統是有必要的。

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作者信息：

王拓1，唐德東1，王凱2，張淑敏1，李欣宇1，孟坤3

（1.重慶科技大學電氣工程學院，重慶 401331；

2.中國石油西南油氣田川西北氣礦，四川綿陽 621700；

3.青島青源峰達太赫茲科技有限公司，山東青島 266100）

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