模块化掺饵光纤宽带光源驱动电路设计
李栋李流超黎志刚
中国电子科技集团公司第三十四研究所，广西桂林541004
摘要：为了提高模块化宽带光源的稳定性，采用自动温度控制ATC电路和自动功率控制APC 电路驱动泵浦激光器。

实验结果表明，光源驱动电路可靠，输出光谱和光功率稳定，达到了预定的技术指标要求。

该电路集成度高、体积小，能够满足宽带光源模块化需求。

关键词：掺饵光纤；宽带光源模块；泵浦激光器；驱动；功率控制；
1、引言
掺饵光纤宽带光源是一种相干性低的光源，具有输出功率高、光谱宽、温度稳定性高、使用寿命长等特点。

由于这些特点，掺饵光纤宽带光源广泛应用在光通信、光纤传感、光器件测试及光谱分析等领域。

随着超高速、大容量光纤通信系统和光传感系统的发展，对宽带光源在功率、带宽、稳定性及体积方面提出了更高的要求。

泵浦激光器的驱动电路作为宽带光源的一个组成部分，电路的稳定性将直接影响掺饵光纤宽带光源的光谱输出质量。

近年来，高稳定的模块化掺饵光纤宽带光源是一个研究热点。

本文将针对高稳定的模块化掺饵光纤宽带光源中的泵浦激光器的驱动电路展开设计，通过采用高集成度的自动温度控制ATC电路和自动功率控制APC电路，对泵浦激光器进行驱动，实现了光源光谱宽度和功率的高稳定输出。

该设计电路具有体积小，稳定性高等特点，对研制模块化宽带光源具有一定指导和参考意义。

2、模块化掺饵光纤宽带光源驱动电路设计
2.1驱动电路总体设计
掺饵光纤宽带光源中，除了激光器的泵浦需要电光转化外，其余均为无源光路，所以泵浦激光器的可靠驱动是整个光路设计稳定的一个不可或缺的保证。

模块化掺饵光纤宽带光源驱动电路设计包括：电源电路、泵浦激光器及其保护电路、APC电路、ATC电路。

整个驱动电路采用外置输入+5V(2A)电源供电，内部对输入电压进行滤波和稳压处理，保证电源的稳定性。

由于内部驱动电路单元均采用+5V电压系统，所以内部不再需要电压变化处理。

2.2泵浦激光器及其保护电路
掺饵光纤宽带光源中的泵浦激光器采用980nm泵浦激光器，型号为LC96A74P-20R。

该激光器模块输出光纤集成了光纤光栅，波长稳定性高。

激光器最大输出功率可以到360mW,尾端带有保偏光纤。

在激光器模块内部集成有热敏电阻、监控光电管、致冷模块，便于对模块进行自动功率控制和自动温度控制。

在使用中应注意一定不要超出激光器的极限值，同时操作还应注意静电保护，焊接时要断电焊接，保证良好接地。

在激光器的驱动端并联滤波电容和反向偏置二极管，可以对激光器形成很好地保护。

在电源输入端，增加电容避免电源不稳，对激光器造成冲击。

2.2泵浦激光器APC及泵浦激光器驱动电路设计
要使泵浦激光器输出光具有较强的稳定性，首先要有功率自动控制电路和良好的电流驱动电路。

APC控制原理：将驱动电流经过电阻形成电压，将电压信号连接到驱动源的反向端形成反馈，对输出光功率进行很好地控制。

另一方面，由于温度、湿度及器件内部老化造成的驱动波动，也可以通过APC电路改变反馈电压，从而稳定驱动激光器的电流，最终稳定光源功率输出。

详细设计电路如图1：
图1 泵浦激光器驱动电路及APC电路
电路图中，首先通过可调电位器调节基准驱动电压，然后运放OPA4340驱动NPNJ122三极管从而驱动泵浦激光器。

同时在NPNJ122的E极取样激光器的驱动电流，通过电阻转化为反馈电压，连接至运放的正端，形成负反馈。

2.3泵浦激光器ATC电路设计
激光器的输出波长和功率受温度影响比较大，因此需要对激光器进行自动温度控制电路设计。

ATC电路的原理：根据泵浦激光器内部热敏电阻的阻值变化来驱动制冷器，热敏电阻作为电阻桥的一臂，当温度上升(或下降)时，激光器内部的热敏电阻阻值变小(或变大)，经过桥式电路，改变驱动制冷器的电流，从而对激光器模块进行致冷或加热。

该电路设计中采用ADN8830集成芯片为核心调控器件，该芯片是目前性能最好的TEC 功率驱动模块之一。

具有单芯片高集成、高效率输出、高性能等特点，非常适合设定和稳定TEC的温度。

同时5mm×5mm LFCSP封装形式便于产品模块化。

长期温度稳定性高达±0.01℃，并带有温度锁定指示和温度监控输出功能。

详细设计电路如图2:
图2 泵浦激光器ATC电路
3、实验结果及分析
将本文设计的驱动电路应用在C波段模块化掺饵光纤宽带光源中，测试输出光谱，对该驱动电路性能进行验证。

测试过程中采用Anritsu公司的光谱分析仪MS9710C、安捷伦的光功率计81618A、光迅的光衰减器OAT-HV，分别对输出光谱和光功率进行测量。

经过测试，在整个工作温度范围的数据结果为：光源输出功率大于13dBm,15分钟输出光功率稳定度
0.005，8小时输出光功率稳定度0.02。

光谱范围1526nm~1566nm。

光谱曲线平坦度小于2.5dB。

技术指标完全达到台式及机架式宽带光源技术指标。

通过试验分析可知：采用该驱动电路的模块化C波段模块化掺饵光纤宽带光源满足光纤传感、光谱分析及光测试领域的小型化、高稳定、高可靠要求。

4、结论
该驱动电路采用了自动温度控制ATC电路和自动功率控制APC电路驱动泵浦激光器，电路具有集成度高、体积小，稳定性高的特点。

通过测试，由此电路驱动的模块化掺饵光纤宽带光源技术指标均达到台式宽带光源的技术指标，非常适合模块化宽带光源，具有很好地推广和借鉴意义。

参考文献：
[1] 刘芸, 焦明星半导体激光器用电流源的设计[J].应用光学.2005年5月，第26卷，第3期：P9-15 .
[2]黄文财，王秀琳，明海. 高功率宽带掺铒光纤超荧光光源研究[J].量子电子学报,2005,22{1}:95-97
[3]A nalog Dev ice Inc. ADN8830使用手册 [z] . 2012。