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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。

關鍵詞： 光纤激光器恒流驱动稳定性泵浦源

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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