美军激光武器试验受限于高功率电源

2013-12-20 09:39

　　LD的许多参数都与它的结温有密切的关系。当结温升高时LD的禁带宽度变窄，导致激光波长向长波方向移动，LD工作的阈值电流也会随温度的升高而增加。如果没有有效的温控系统，在恒定的电流注入下，当LD温度发生变化时，输出光功率将会有较大的起伏。工作温度还会影响LD的寿命，LD壳温每升高30℃，其使用寿命约要减少一个数量级，通常LD的温度变化应控制在0.05℃以内，才能保证在用电流调制LD时，温度的影响不会造成严重的后果。

　　以往，对于中小功率的LD常采用简单的被动散热或者水冷的方法。这两种方法效果都不太好且都无法达到更进一步的温度控制的目的，即无法设定系统工作在某一特定的温度范围下，而半导体制冷器（TEC）作为温控元件具有较好的控制效果。根据泊尔帖（Peltier）效应，通过控制流过半导体制冷器电流的方向和大小，就可以对LD进行加热或者制冷，从而可以设定LD的工作温度并使其保持恒温，控制精度可达到0.05℃。电路原理图如图所示。

温度控制电路

　　RT是1只负温度系数的热敏电阻，其阻值和温度的关系成指数关系。在15～40℃的温度范围内，将R6和RT并联，可以明显改善热敏电阻的非线性特性，使RT∥R6的阻值随温度近似线性变化，其温度与阻值（RT∥R6）的对应关系如图所示。

经线性化处理后的电阻温度特性图

　　图中的点线是采用的热敏电阻温度特性的实测数据，实线是根据实测数据的拟合曲线，从拟合结果可知其电阻值随温度的升高近似线性减小。温度的变化是一个缓慢的过程，这样就可以从指针式电位器RW1上粗略的读出所设定的温度以方便调试；R7和R8的作用是限制RW1调节的上限和下限以确定温度的调节范围。当温度升高或降低使得R6∥RT≠R7+R8+RW1时，HY5650会根据温差自动决定输出电流的方向和大小来控制半导体制冷器是制冷还是制热。

　　另外，LD是一种高功率密度并且具有极高量子效率的器件，往往由于电流源没有防护或者防护不当而使激光器的性能变差，甚至损坏器件。在电路中设计了防浪涌保护电路、慢启动电路、可自恢复的过流过压保护电路等保护电路，能够对于工作过程中的LD 起着有效的保护作用。

　　采用镜面电流源芯片HY6340和温控芯片HY5650为核心部件，结合函数发生芯片MAX038，设计多功能通用的半导体激光器驱动电源，可方便的实现LD的恒温工作，各种保护机制可以对LD实时监控，有效地抑制了电源的各种冲击，保证了LD工作的稳定性。