stm32与可调谐激光器模块

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DFB激光器的驱动方式一共可分为两种:C1)恒电流型驱动(ACC )，该种方式
以激光器驱动电流为反馈量，通过反馈回路对驱动电流进行调整，基于电流驱动的激光
器P-I特性原理，恒定的驱动电流可实现输出光功率的稳定。C2)恒光功率型驱动(APC)}
与ACC方式不同，APC根据输出光功率作为反馈量对驱动电流进行动态调节，以实现输
出功率的稳定。一方面，APC方式需要对输出光进行分光处理，并添加光电二极管作为
光一电转换的探测器件，这无疑加大了光源模块的成本与复杂度，另一方面，APC方式会
导致驱动电流的变化，这带来的温度效应将影响波长的稳定，因此本文采用ACC方式作
为设计方案。
DFB激光器驱动电流的变化将改变载流子浓度，除了会改变输出功率以外，由于等
离子体效应，载流子浓度的改变会引起有源区折射率和材料增益系数的变化，这将会影
响激光器输出波长。因此DFB激光器要求驱动电流具有极高的稳定性和极低的噪声。为
了使可调谐激光器输出稳定的可谐调波长及光功率，所需驱动电流须为可程控的稳定恒
流源。

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}c激光器阵列的驱动电流范围为0-1 oomA，泵浦激光器所需的驱动电流范围为
o-soomA，根据设计要求的不同，本文针对这两种激光器分别设计了驱动方案，前者采
用微控制处理器以sPl通讯外部电流型DAc芯片Max5110的方式实现激光器阵列的多通
道电流驱动，后者采用三极管放大的负反馈模拟电路，实现可程序控制的恒定大电流驱
动。理论上采用微控制处理器通讯外部电压型多通道DAC芯片，进而控制三极管放大电
路的方式也可实现REC激光器的电流驱动，但考虑到激光器阵列的通道数较多，这无疑
会增加模块的电子器件数量，影响电路板面积，与使用要求不相符合，故而采用上述设
计方案。

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该芯片共有9个通道可作为电流源，但是在9个通道中仅有OP4, OPS, OP6, OP7
可分别提供90mA , 180mA , 3 OOmA , 90mA的较大电流驱动，其余5通道的驱动电流最
大值均为低于30mA}3s}，虽然本文中所使用的REC激光器所需驱动电流的最大值不超过
100mA，但是出于实际使用与系统设计的后续发展需要，各通道的驱动电流最大值需高
于1 S OmA，因此将OP4与OP7两通道短路，将两通道驱动电流合并为一路。出于后期16
通道激光器与半导体光放大器(SOA)的扩展需要，本论文所设计的光源模块共有6片
Max5110芯片，可提供18通道驱动。该设计方案避免了由于多个通道的驱动需求而导致
的电子器件数量增加现象，减少了模块电路的功耗，降低了设计复杂度。

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泵浦激光器的电流驱动部分

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DFB激光器输出波长与光功率受温度变化影响，为实现可调谐激光器的波长控制与
稳定输出，需要对工作温度进行特殊设定。REC阵列式可调谐激光器通过温度调节与通
道切换的方式实现波长调谐，温度控制的精准直接影响了波长调谐的输出效果。泵浦激
光器需要大电流驱动，这加大了激光器工作时热量的产生，温度的变化影响了泵浦激光
器输出的光功率，进而会导致EDFA对信号激光放大倍数的改变。因此为实现可调谐激
光器光源模块的输出稳定，工作温度的精确控制对于系统设计十分重要。
通常，半导体激光器TEC驱动原理可分为线性电流或脉宽调制(PWM)两种形式。
线性电流最基本的方式如图3-7(a)所示，通过对输入信号的放大进而驱动2个推挽三极
管，以此或得TEC不同方向的电流，该方式具有电流噪声小、结构简单等优点，采用大
功率三极管可以获得较大的温度调节范围与较快的控制速度，然而电路中存在大量的电
流转化为热能，效率较低。PWM控制方式下，两侧的输入信号电平相反，一侧上端与
另一侧下端的场效应管同时被导通形成电流的通路，4个场效应管一直处于饱和与截止
状态，所形成的H桥结构使得电流以不同的方向通过TEC，利用这种方式可以使效率得
到大大提升，但场效应管的开关将对电路引入噪声。

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其中RSENSE为图中感应电阻R13，阻值为0.1 S2，根据所选择的TEC参数，可利用上
面表达式对电路功能参数加以修改。芯片的信号输入引脚为CTLI，芯片输入信号由外部
模拟电路提供，工作温度则由STM32自身12位DA通道设定，设定的参考电压由运放
U11B的跟随作用后经R19与R21分压所得。封装于激光器管壳内部的NTC热敏电阻将与
固定电阻R25对MAX8521芯片内部1.5V基准电压进行分压，所分电压值反馈于运放反向
输入端，与温度设定的参考电压经电路差分放大形成MAX8521的控制信号，对激光器
进行制冷或制热处理，激光器工作温度改变热敏电阻的阻值，以此形成了工作温度的负
反馈动态守恒状态。REC激光器阵列内热敏电阻端电压经运放跟随后输入
S TM32F 103 VET6的ADC通道，该电压可作为温度控制的反馈参数。

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