技术领域
[0001] 本
发明涉及
激光器自动控制技术领域，尤其涉及一种
激光二极管的发射功率自动调整电路及方法。
背景技术
[0002]
半导体激光器也称为半导体激光二极管，或简称激光二极管(Laser Diode，LD)。由于半导体材料本身物质结构的特异性以及半导体材料中
电子运动规律的特殊性，使半导体激光器的工作特性具有其特殊性。
[0003] 半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件。.其工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带(导带与
价带)之间，或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种，即电注入式、光
泵式和高能电子束激励式。
[0004] 激光二极管的特色之一，是能直接从
电流调制其输出光的强弱。因为输出光功率与输入电流之间多为线性关系，所以激光二极管可以采用模拟或数字电流直接调制输出光的强弱，省掉昂贵的
调制器，使二极管的应用更加经济实惠。
[0005] 由于
温度的改变，影响激光器内部的
热电制冷(TEC)模
块，导致激光器
温度控制的不足，同时影响激光器调制
电路板的输出
信号的
稳定性，最终导致激光器输出
波长出现漂移。而
现有技术中，多采用热敏
电阻实时采集激光器内部温度变化，进而判断激光二极管的工作状态。但是由于激光二极管的老化，其热胀冷缩的特性也将产生一定的变化，从而使得外界温度与其输出波长之间的线性比发生变化，进而使得
热敏电阻的测试温度值与系统预设
阈值不一致，造成检测错误，影响系统的测量
精度和长期稳定性。
发明内容
[0006] 本发明提供一种激光二极管的发射功率自动调整电路及方法，解决了现有技术中因外界
环境温度、电路温漂或者激光二极管老化导致的激光器无法精准地输出正确波长的技术问题。
[0007] 为解决以上技术问题，本发明提供一种激光二极管的发射功率自动调整电路，包括激光二极管，还包括连接所述激光二极管的MCU以及连接所述MCU的光功率监测模块和温度控
制模块，还包括设置于所述激光二极管与所述光功率监测模块之间的光
滤波器，所述温度
控制模块设置在所述激光二极管的近侧，所述光功率监测模块设置在所述激光二极管的正
辐射方向；
[0008] 所述MCU用于向所述激光二极管输出恒定电流，以及预设一电流阈值范围；
[0009] 所述激光二极管用于根据所述恒定电流输出对应波长的光；
[0010] 所述光滤波器用于滤除所述激光二极管发出的中心波长以外的光；
[0011] 所述光功率监测模块用于探测从所述光滤波器过滤后的光，并转化为对应的电流检测信号反馈到所述MCU；
[0012] 所述MCU还用于根据所述电流检测信号与所述电流阈值范围，输出对应的补偿信号到所述温度控制模块或不作为；
[0013] 所述温度控制模块用于根据所述补偿信号升高或降低所述激光二极管的温度，从而改变所述激光二极管的输出波长。
[0014] 优选地，所述光滤波器为对应于所述激光二极管中心波长的无源滤波片。
[0015] 优选地，所述温度控制模块为TEC半导体制冷器。
[0016] 优选地，所述光功率监测模块为MPD
光电二极管。
[0017] 优选地，所述MCU内置LDD激光
驱动器、LA
限幅放大器和TEC
控制器；所述LDD激
光驱动器用于输出稳定的电流脉冲驱动所述激光二极管发出对应波长的光；所述LA
限幅放大器用于去除过高或过低的
电压信号，保持电压信号的稳定输出；所述TEC控制器用于向TEC半导体制冷器提供稳定的电流驱动信号。
[0018] 对应于一种激光二极管的发射功率自动调整电路，本发明还提供一种激光二极管的光功率自动调整方法，具体步骤如下：
[0019] S1、向激光二极管输出恒定电流，控制所述激光二极管发出对应波长的光；
[0020] S2、对所述激光二极管发出的光进行过滤，只保留中心波长的光，并进行光电转换，获取对应的电流检测信号；
[0021] S3、根据所述电流检测信号与所述电流阈值范围，对所述激光二极管进行温度补偿后返回至所述步骤S2或不作为。
[0022] 所述步骤S3具体包括步骤：
[0023] S31、判断所述电流检测信号是否在所述电流阈值范围内，若是则不作为，若否则降低所述激光二极管的温度，并重新获取电流检测信号；
[0024] S32、经过第一预设时间段后判断所述电流检测信号的电流值是否增长，若是则判定所述激光二极管的波长发生了上偏且调整方向正确，则返回至所述步骤S31，若否则判定所述激光二极管的波长发生了下偏且调整方向错误并进入步骤S33；
[0025] S33、升高所述激光二极管的温度，并重新获取电流检测信号；
[0026] S34、经过第二预设时间段后判断所述电流检测信号是否在在所述电流阈值范围内，若是则不作为，若否则继续升高所述激光二极管的温度后返回至所述步骤S33。
[0027] 优选地，在所述步骤S2中，所述对所述激光二极管发出的光进行过滤，具体为：在所述激光二极管的正辐射方向设置一光滤波器，采用光功率监测模块采集由所述光滤波器过滤后的光，并进行光电转换，获取与所述过滤后的光对应的电流检测信号。
[0028] 优选地，所述降低或升高所述激光二极管的温度，具体为：在所述激光二极管的近侧设置一温度控制模块，控制所述温度控制模块从四周吸收热量或向四周辐射热量从而降低或升高所述激光二极管的温度，从而改变所述激光二极管的输出波长。
[0029] 优选地，所述光滤波器为对应于所述激光二极管中心波长的无源滤波片；所述光功率监测模块为MPD光电二极管，所述温度控制模块为TEC半导体制冷器。
[0030] 本发明提供一种激光二极管的发射功率自动调整电路，在激光二极管与光功率监测模块之间设置光滤波器，仅保留中心波长的光，再利用光功率检测模块将滤过的光转化为
电信号输送到MCU中，实现精准且快速地光发射组件的光波检测；
[0031] 本发明还提供一种激光二极管的光功率自动调整方法，利用TEC半导体制冷器的珀尔帖效应，当激光二极管发射的光超过中心波长的有效范围时，先降低激光二极管的温度而下调激光二极管发射的光波长，经过第一预设时间段后再检测激光二极管发射的光是否在中心波长的有效范围内，若是则调整方向正确，激光二极管在调整前发生了波长下偏，若否则调整方向错误，激光二极管在调整前发生了波长上偏，此时升高激光二极管的温度，从而上调激光二极管发射的
光信号波长，使其在中心波长的有效范围内。
[0032] 本发明提供一种激光二极管的发射功率自动调整电路及方法，通过实时监控激光二极管的发射光里中心波长光的光功率而自动调整激光二极管的输出光波长，使其发光波长(发射功率)维持在有效范围内，结构简单、测量精度高，有效地避免了外界环境温度、电路温漂或者激光二极管老化产生的测试误差，大幅度地提高了检测效率，降低了生产成本。
附图说明
[0033] 图1是本发明
实施例提供的一种激光二极管的发射功率自动调整电路的系统
框架图；
[0034] 图2是本发明实施例提供的图1的
硬件电路图；
[0035] 图3是本发明实施例提供的一种激光二极管的发射功率自动调整方法的系统
流程图；
[0036] 图4是本发明实施例提供的图3中步骤S3的具体流程图；
[0037] 图5是本发明实施例提供的一种激光二极管的发射功率自动调整方法的工作流程图；
[0038] 其中：MCU1，LDD激光驱动器11、LA限幅放大器12、TEC控制器13；激光二极管2、光功率监测模块3、温度控制模块4、光滤波器5。
具体实施方式
[0039] 下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明
专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围
基础上，可以对本发明进行许多改变。
[0040] 本发明实施例提供的一种激光二极管2的发射功率自动调整电路，如图1所示，在本实施例中，包括激光二极管2，还包括连接所述激光二极管2的MCU1以及连接所述MCU1的光功率监测模块3和温度控制模块4，还包括设置于所述激光二极管2与所述光功率监测模块3之间的光滤波器5，所述温度控制模块4设置在所述激光二极管2的近侧，所述光功率监测模块3设置在所述激光二极管2的正辐射方向；
[0041] 所述MCU1用于向所述激光二极管2输出恒定电流，以及预设一电流阈值范围；
[0042] 所述激光二极管2用于根据所述恒定电流输出对应波长的光；当外界温度变化改变所述激光二极管温度时，所述激光二极管的输出波长也相应地发生改变。
[0043] 所述光滤波器5用于滤除所述激光二极管2发出的中心波长以外的光；
[0044] 所述光功率监测模块3用于探测从所述光滤波器5过滤后的光，并转化为对应的电流检测信号反馈到所述MCU1；
[0045] 所述MCU1还用于根据所述电流检测信号与所述电流阈值范围，输出对应的补偿信号到所述温度控制模块4或不作为；
[0046] 所述温度控制模块4用于根据所述补偿信号升高或降低所述激光二极管2的温度，进而改变所述激光二极管的折射率和光栅
节距。
[0047] 所述光滤波器5为对应于所述激光二极管2中心波长的无源滤波片，所述无源滤波片固定安装于激光二极管2与光功率监测模块3之间。
[0048] 所述温度控制模块4为TEC半导体制冷器，当电流从TEC半导体制冷器P端流向N端时，TEC半导体制冷器吸热降温；当电流从TEC半导体制冷器N端流向P端时，TEC半导体制冷器放热升温；所述TEC控制器13用于向TEC半导体制冷器提供稳定的电流驱动信号。所述TEC半导体制冷器紧靠所述激光二极管2，可直接、快速地升高或降低所述激光二极管2的温度。
[0049] 所述光功率监测模块3为MPD光电二极管。
[0050] 所述MCU1内置LDD激光驱动器11和LA限幅放大器12；所述LDD激光驱动器11用于输出稳定的电流脉冲驱动所述激光二极管2发出对应波长的光；所述LA限幅放大器12用于去除过高或过低的电压信号，保持电压信号的稳定输出。
[0051] 参见图2，所述无源滤波片、MPD光电二极管、TEC半导体制冷器和激光二极管2采用TO一体封装，分别向
外延伸接线引脚与所述MCU1电性连接。
[0052] 参见图3，对应于一种激光二极管2的发射功率自动调整电路，本发明实施例还提供一种激光二极管2的光功率自动调整方法，具体步骤如下：
[0053] S1、向激光二极管2输出恒定电流，控制所述激光二极管2发出对应波长的光；
[0054] S2、对所述激光二极管2发出的光进行过滤，只保留中心波长的光，并进行光电转换，获取对应的电流检测信号，具体为；
[0055] 在所述激光二极管2的正辐射方向设置一光滤波器5，采用光功率监测模块3采集由所述光滤波器5过滤后的光，并进行光电转换，获取与所述过滤后的光对应的电流检测信号。
[0056] S3、根据所述电流检测信号与所述电流阈值范围，对所述激光二极管2进行温度补偿后返回至所述步骤S2或不作为。
[0057] 参见图4，所述步骤S3具体包括步骤：
[0058] S31、判断所述电流检测信号是否在所述电流阈值范围内，若是则不作为，若否则降低所述激光二极管2的温度，并重新获取电流检测信号；
[0059] S32、经过第一预设时间段后判断所述电流检测信号的电流值是否增长，若是则判定所述激光二极管2的波长发生了上偏且调整方向正确，则返回至所述步骤S31，若否则判定所述激光二极管2的波长发生了下偏且调整方向错误并进入步骤S33；
[0060] S33、升高所述激光二极管2的温度，并重新获取电流检测信号；
[0061] S34、经过第二预设时间段后判断所述电流检测信号是否在在所述电流阈值范围内，若是则不作为，若否则继续升高所述激光二极管2的温度后返回至所述步骤S33。
[0062] 所述降低或升高所述激光二极管2的温度，具体为：在所述激光二极管2的近侧设置一温度控制模块4，控制所述温度控制模块4从四周吸收热量或向四周辐射热量从而降低或升高所述激光二极管2的温度，从而改变所述激光二极管的输出波长。
[0063] 所述光滤波器5为对应于所述激光二极管2中心波长的无源滤波片；所述光功率监测模块3为MPD光电二极管，所述温度控制模块4为TEC半导体制冷器。
[0064] 参见图5，具体工作流程如下：
[0065] 首先，MCU1控制LDD激光驱动器11输出稳定的电流脉冲，并在LA限幅放大器12的过滤下向激光二极管2输出恒定电流，并控制所述激光二极管2发出对应波长的光；
[0066] 随后，所述MCU1控制MPD光电二极管接收经过无源滤波片过滤后的光，同时进行光电转化，生成电流检测信号I1并发送到MCU1中。其中，所述无源滤波片对应于所述激光二极管2中心波长，用于滤除所述激光二极管2中心波长以外的光。
[0067] 所述MCU1对获取的电流检测信号I1是否在电流阈值范围进行判断，若是则结束本次检测；若否则通过TEC控制器13向TEC半导体制冷器输入一从P端到N端的正向电流，控制TEC半导体制冷器吸热降低所述激光二极管2的温度。第一预设时间段后，再次控制MPD光电二极管进行光电转化，并获取第二次获取的电流检测信号I2。
[0068] 对比第二次获取的电流检测信号I2与I1，判断I2对比11是否有明显增长，若有，则判定所述激光二极管2的波长发生了上偏且调整方向正确，继续向TEC半导体制冷器输入正向电流，直至最终的电流检测信号I3在电流阈值范围内，即所述激光二极管2输出的光调整到了预设的中心波长有效范围内；若无，则判定所述激光二极管2的波长发生了下偏且调整方向错误，通过TEC控制器13向TEC半导体制冷器输入一从N端到P端的反向电流，控制TEC半导体制冷器放热升高所述激光二极管2的温度，直至最终的电流检测信号I3在电流阈值范围内，即所述激光二极管2输出的光调整到了预设的中心波长有效范围内。
[0069] 本发明实施例提供一种激光二极管2的发射功率自动调整电路，在激光二极管2与光功率监测模块3之间设置光滤波器5，仅保留中心波长的光，再利用光功率检测模块将滤过的光转化为电信号输送到MCU1中，实现精准且快速地光发射组件的光波检测；
[0070] 本发明实施例还提供一种激光二极管2的光功率自动调整方法，利用TEC半导体制冷器的珀尔帖效应，当激光二极管2发射的光超过中心波长的有效范围时，先降低激光二极管2的温度而下调激光二极管2发射的光波长，经过第一预设时间段后再检测激光二极管2发射的光是否在中心波长的有效范围内，若是则调整方向正确，激光二极管2在调整前发生了波长下偏，若否则调整方向错误，激光二极管2在调整前发生了波长上偏，此时升高激光二极管2的温度，从而上调激光二极管2发射的光信号波长，使其在中心波长的有效范围内。
[0071] 本发明实施例提供一种激光二极管2的发射功率自动调整电路及方法，通过实时监控激光二极管2的发射光里中心波长光的光功率而自动调整激光二极管2的输出光波长，使其发光波长(发射功率)维持在有效范围内，结构简单、测量精度高，有效地避免了外界环境温度、电路温漂或者激光二极管2老化产生的测试误差，大幅度地提高了检测效率，降低了生产成本。
[0072] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
