基于CPT原子鐘的VCSEL激光器控制系統設計

2．1 恒定電路驅動
由于半導體激光器屬非線性器件，理想情況下流過激光器的電流與加在器件兩端電壓成指數關系，所以微小的電壓變化可以導致光功率輸出的極大變化和器件參數(如激光波長、閾值電流)的變化，這些變化直接影響器件的測試和安全使用。垂直腔面發射激光器的光功率與電流在正常工作區間內基本成線性關系，因而在實際測試中，通常采用電流源的驅動方式。VCSEL器件是直流器件，但為保證激光器能夠安全工作，本文采用恒流式的驅動方式，研究并設計制作了恒流式驅動器。該驅動電路主要包括ACC恒流控制電路，可調偏置電路，激光二極管限幅電路，推挽OCL 功放驅動電路和激光二極管保護電路5部分，其電路框罔如圖2所示。

ACC恒流控制驅動電路是通過將電阻R兩端的電壓作為反饋輸入，其實質是將LD的驅動電流反饋至輸入端，反饋信號再經精密放大器放大、跟隨器后，進入到反相求和運算放大器的負相輸入端，并與設定值VM進行比較，輸出兩者之差，經限幅電路，積分電路后，送入推挽功率放大電路的輸入端。
2．2 溫度控制系統
溫度的變化經溫度傳感器轉變為電信號，然后將其與預先給定溫度進行比較，偏差信號經P-I控制調節電路處理后驅動制冷器工作，使溫度穩定在設定溫度附近。溫度控制系統電路設計框圖如圖3所示。

溫度傳感器選為熱敏電阻，用來檢測LD的溫度，靈敏度高，使用前應先對其進行標定。溫度調節器件選用熱電制冷器，它是利用帕爾帖效應的半導體制冷器件，體積小、結構簡單易控制。工作時，一端制冷，另一端制熱，所以可通過改變電流方向變換制冷面、制熱面。

3 VCSEL激光器系統分析及結論
對整體激光器系統在常溫25％測試了電流穩定度(如圖4所示)及激光光譜(如圖5所示)。

從以上測量曲線可得出，LD驅動電源電壓的紋波峰峰值為14 mV，經計算可得電流穩定度為0．05 mA。