一种激光器P-I特性曲线扫描电路和P-I特性曲线绘制方法

摘要

本发明提供一种激光器P‑I特性曲线扫描电路，主要由恒流源驱动控制电路(1)、激光器光强检测电路(2)、控制器单元(3)和上位机(4)组成，激光器光强检测电路(2)包括依次连接的PIN管U2和对数放大器U3，控制器单元(3)通过恒流源驱动控制电路(1)驱动激光器发光，激光器光强检测电路(2)对发光光强实时检测并送入控制器单元(3)，控制器单元(3)连接上位机(4)。本发明还提供一种激光器P‑I特性曲线绘制方法。本发明的优点在于：1、电路设计简单，成本低，效率高；2、激光器光强检测电路(2)替代功率计仪器，检测精度高，检测动态范围大；3、可实现自动化测试。

说明书

技术领域

本发明涉及光电技术领域，具体的涉及激光器特性曲线扫描电路和P-I特性曲线绘制方法。

背景技术

为了筛选出一批性能相近的激光器器件，其中比较重要的指标就是激光器的阈值电流。在现有测试方法中，阈值电流是根据扫描输出的P-I曲线计算出来的，通常的方法有：源表或专用激光器驱动电路和光功率计配合使用，但仪表价格昂贵，测试环境复杂，工作效率低。

需要设计一种成本低廉且高效率的激光器P-I特性曲线的扫描电路。

专利《CN201310144295.5-一种激光器阈值电流的测试方法和驱动采样装置》公开了一种激光器阈值电流的驱动采样装置，该装置包括MCU、ADC、DAC、驱动电流控制模块、背光电流控制模块和通信接口，用于向激光器发送特定驱动电流并采样相应背光电流。该专利没有给出具体的电路设计方案，所提出的背光电流检测光强并不准确，背探效率一致性差，而且检测的动态范围小，不利于激光器阈值电流等指标的判断。

专利《CN201310287107.4-一种激光器阈值电流测试方法和装置》公开了一种激光器阈值电流测试方法和装置，解决了激光器阈值电流测试中因为测试环境噪声干扰，激光器器件非线性以及测试设备本身性能而导致的阈值电流测试错误问题。该专利重点论述了阈值电流从PI曲线中获取的算法，不涉及到电路设计。

综上，现有技术的P-I曲线的获得方式的缺点如下：

1、现有使用仪表的方式，仪表价格昂贵，测试环境复杂，工作效率低；

2、背光电流检测光强不准确，而且检测的动态范围小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何低成本的获得精度高的P-I曲线。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种激光器P-I特性曲线扫描电路，主要由恒流源驱动控制电路(1)、激光器光强检测电路(2)、控制器单元(3)和上位机(4)组成，激光器光强检测电路(2)包括依次连接的PIN管U2和对数放大器U3，控制器单元(3)通过恒流源驱动控制电路(1)驱动激光器发光，激光器光强检测电路(2)对发光光强实时检测并送入控制器单元(3)，控制器单元(3)连接上位机(4)。

作为进一步优化的技术方案，所述激光器的输出端通过光学衰减器连接所述激光器光强检测电路(2)的所述PIN管U2。

作为进一步优化的技术方案，所述恒流源驱动控制电路(1)包括运算放大器U1、三极管Q1和电阻R1，所述运算放大器U1的正向输入端连接所述控制器单元(3)的输出端，所述运算放大器U1的负向输入端连接所述三极管Q1的发射极，所述运算放大器U1的输出端连接所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极连接到所述激光器的I

作为进一步优化的技术方案，所述三极管Q1为NPN型三极管。

作为进一步优化的技术方案，所述控制器单元(3)包括依次连接的ADC芯片U4、控制器U5以及DAC芯片U6，所述对数放大器U3的输出端连接所述ADC芯片U4，所述DAC芯片U6的输出端连接所述运算放大器U1的正向输入端，所述上位机(4)与所述控制器U5连接。

作为进一步优化的技术方案，所述上位机(4)与所述控制器U5通过串口通信连接。

作为进一步优化的技术方案，所述控制器单元(3)根据上位机(4)下发的数字信号控制输入到恒流源驱动控制电路(1)的模拟电压信号值。

本发明还提供一种采用上述任一方案所述的激光器P-I特性曲线扫描电路绘制P-I特性曲线的方法，控制器单元(3)根据上位机(4)下发的数字信号Data

作为进一步优化的技术方案，所述上位机(4)设置所述数字信号Data_

作为进一步优化的技术方案，所述PIN管U2的响应度为1A/W，所述对数放大器U3输出的电压V

本发明的优点在于：

1、电路设计简单，成本低，效率高；

2、激光器光强检测电路替代功率计仪器，检测精度高，检测动态范围大。通过PIN管和对数放大器的组合可以精确测量激光器输出光强，其中PIN管负责将光功率转换为电流信号，而对数放大器负责将电流信号转换为电压信号，而且电压与电流呈对数关系，提高了检测光强的范围，一般有150dB左右，比线性放大器检测范围大很多，同时PIN管的暗电流较低，一致性较好，能够精确检测到更弱的光强。

3、配合上位机，可实现自动化测试，可以通过上位机设置初始值、最大值和步进，控制器根据上位机的命令从最低值以递增的方式配置DAC芯片的输出电压，同时检测来自ADC芯片的数据，上位机根据控制器上传的数据，经过公式换算就能自动绘制出P-I特性曲线。

附图说明

图1是本发明实施例所述的激光器P-I特性曲线扫描电路工作原理框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出一种激光器P-I特性曲线扫描电路设计方案，通过恒流源电路驱动激光器发光，并使用对数放大器和PIN管组成的光强检测电路对发光光强实时检测，实现P-I特性曲线的自动化绘制，原理框图如图1所示。

本发明激光器P-I特性曲线扫描电路主要由恒流源驱动控制电路1、激光器光强检测电路2、控制器单元3和上位机4组成。恒流源驱动控制电路1连接到激光器，激光器的输出端通过光学衰减器连接激光器光强检测电路2，激光器光强检测电路2的输出端连接控制器单元3的输入端，控制器单元3的输出端连接恒流源驱动控制电路1。上位机4连接控制器单元3。

恒流源驱动控制电路1包括运算放大器U1、三极管Q1和电阻R1，本实施例中三极管Q1为NPN型三极管。运算放大器U1的正向输入端连接控制器单元3的输出端，运算放大器U1的负向输入端连接三极管Q1的发射极，运算放大器U1的输出端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极连接到激光器的I

激光器光强检测电路2包括依次连接的PIN管U2和对数放大器U3，激光器的输出端通过光学衰减器连接PIN管U2的输入端，PIN管U2的输出端通过对数放大器U3连接到控制器单元3。

控制器单元3包括依次连接的ADC芯片U4、控制器U5以及DAC芯片U6，对数放大器U3的输出端连接ADC芯片U4，DAC芯片U6的输出端连接运算放大器U1的正向输入端。

上位机4与控制器单元3的控制器U5通过串口通信连接。

本发明激光器P-I特性曲线扫描电路的工作原理如下所述。

首先，控制器U5根据上位机4下发的数字信号Data

本发明的优点1是激光器光强检测电路2的检测准确，且检测的动态范围大。激光器光强检测电路2中通过PIN管U2和对数放大器U3的组合可以精确测量激光器输出光强，其中PIN管U2负责将光功率转换为电流信号，而对数放大器U3负责将电流信号转换为电压信号，而且电压与电流呈对数关系，提高了检测光强的范围，一般有150dB左右，比线性放大器检测范围大很多，同时PIN管的暗电流较低，一致性较好，能够精确检测到更弱的光强。

本发明的优点2是可以实现自动化测试，效率高、成本低。可以通过上位机4设置Data

以下举实例说明P-I特性曲线的绘制实施过程。

假设恒流源驱动控制电路1中的运算放大器U1的供电电源V+＝+5V，V-＝0V，电阻R1＝40ohm，三极管Q1的驱动能力足够；PIN管U2的响应度为1A/W，对数放大器U3输出的电压V

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。