高稳定性光纤激光器恒流驱动系统设计与实现-AET-电子技术应用

高稳定性光纤激光器恒流驱动系统设计与实现

电子技术应用

王拓1，唐德东1，王凯2，张淑敏1，李欣宇1，孟坤3

1.重庆科技大学电气工程学院；2.中国石油西南油气田川西北气矿； 3.青岛青源峰达太赫兹科技有限公司

摘要： 光纤激光器波长和输出功率的稳定性易受泵浦源驱动电流波动的影响，为应对该问题，设计了一款高精度、高稳定性恒流驱动系统。恒流源部分采用闭环负反馈原理，通过金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）来控制恒流输出，实现了对半导体激光器（LD）驱动电流的精准控制；限流保护电路利用二极管的限幅作用使LD免受过电流冲击的影响，电流缓慢启动采用软件控制的方法确保LD免受浪涌电流损害；光功率探测电路采用ADA4530芯片，确保在极低光照水平下也可精准探测到功率输出。实验结果表明，该电路可实现驱动电流在0~1.2 A连续可调，电流短期（120 min）和长期（24 h）稳定性分别为±0.001 mA和±0.002 mA；激光器中心波长波动不超过±0.03 nm，输出功率的稳定度不超过0.084 3%，精度小于±0.15 mW。

关键词： 光纤激光器恒流驱动稳定性泵浦源

中图分类号：TN248 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.244826
中文引用格式： 王拓，唐德东，王凯，等. 高稳定性光纤激光器恒流驱动系统设计与实现[J]. 电子技术应用，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

半导体激光器又称半导体激光二极管(Laser Diode，LD)，具有结构紧凑、重量轻、效率高、波长易于调制等优点，已被广泛应用于科研、工业、军事、医疗等[1-3]领域，作为光纤激光器的主要泵浦源，其性能的稳定性直接影响激光器的输出性能[4]。LD是以半导体材料为工作物质而产生受激辐射的激光器件，工作时通常采用注入电流的方式进行激励，注入电流的微弱变化对LD的影响非常大，甚至会损坏激光器，还会造成激光器输出波长的漂移(漂移系数达0.2 nm/mA)和输出功率的变化[5]。

目前，国外对激光器驱动系统的研究已经达到较高水平，很多方面都领先于国内，如电流控制精度与调节范围、功率稳定性等。国外Wavelength公司MPL激光器恒流源可输出0~2.5 A可调电流，短期(1 h)和长期(24 h)稳定度分别为0.03 mA和0.075 mA[6]；Thorlabs公司LDC202激光器恒流源长期(24 h)稳定性小于0.003 mA[7]；ILX Lightwave公司LDX激光器恒流源电流精度达0.01 mA，电流稳定性小于0.002%[8]。国内研究人员田亚玲等[9-10]设计实现输出电流精度为0.01 mA，长期稳定度达0.004%的恒流源；邢素霞等[11]设计实现驱动电流0~300 mA连续可调且误差保持在±0.003 mA内。与国外相比，国内高校和厂商研发的恒流驱动系统虽然在精度和稳定性可以达到使用要求，但在电流调节范围、长期工作以及光功率输出稳定性方面存在一定差距。为确保光纤激光器输出性能的稳定性，设计一种高精度、高稳定性、宽调节范围和易集成的恒流驱动系统是有必要的。

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作者信息：

王拓1，唐德东1，王凯2，张淑敏1，李欣宇1，孟坤3

（1.重庆科技大学电气工程学院，重庆 401331；

2.中国石油西南油气田川西北气矿，四川绵阳 621700；

3.青岛青源峰达太赫兹科技有限公司，山东青岛 266100）

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