1 引言

半導體激光器可靠性評估系統(tǒng)是高效能激光器研制過程中必不可少的測試設備之一。由于半導體激光器體積小、振蕩閾值低、效率高，在通訊、信息記錄、打印和顯示、材料加工、醫(yī)療、抽運固體激光器等許多領域有著廣泛的應用[1]。近幾年來，半導體照明工程的啟動更引起了世界各國的普遍關注。然而，對于半導體激光器在任何領域的應用，總希望其能長期可靠的工作，因此對半導體激光器可靠性和壽命測試的研究已成為當前的熱點。本文設計的半導體激光器可靠性評估系統(tǒng)以單片機為主控部件，不僅可以實現(xiàn)驅動電流連續(xù)可調(0～3A)，還可實現(xiàn)老化溫度連續(xù)可調(室溫～150℃)，該設備還能預置工作電流值和工作溫度值，實時顯示當前工作電流及工作溫度。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 系統(tǒng)結構及工作原理

圖1為驅動電路系統(tǒng)結構框圖，主要由AT89C51單片機系統(tǒng)、MOS管驅動電路、調整采樣電路和保護電路四部分組成。

為了有效預測半導體激光器的壽命，首先必須為其提供安全、穩(wěn)定的驅動電流，使其能夠穩(wěn)定工作。我們知道半導體激光器的發(fā)光功率在一定范圍內幾乎與驅動電流成正比，因此，要使半導體激光器的發(fā)射光功率穩(wěn)定，宜采用恒流驅動電路。本系統(tǒng)中的驅動電路由單片機、D/A、調整電路、MOS管驅動電路、采樣電路、A/D等幾部分構成的軟、硬件閉環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)。采樣電路將采集到的信號送到單片機并與設定值進行比較，通過相關算法計算出偏移量并送調整電路，從而實現(xiàn)恒流輸出。系統(tǒng)中的鍵盤主要用于設定工作電流、開關機等，數(shù)碼管用于顯示設定值和實際輸出值，鍵盤和顯示功能均由一片BC7281及相應的外圍器件完成。系統(tǒng)外圍還增加了一片x5045，該芯片是帶有串行EEPROM的CPU監(jiān)控器，主要用于完成系統(tǒng)復位、保存預置參數(shù)等功能。

2.2 電流控制電路

在系統(tǒng)電流控制電路中，主要由MOS管來實現(xiàn)電流擴展，MOS管驅動電路如圖2所示。

由于本可靠性評估系統(tǒng)不僅可以對小功率半導體激光器進行可靠性試驗，還可用于大功率器件的可靠性測試，因此要求驅動電路能夠輸出較大的驅動電流。本設備驅動電路采用工作電流非常大的功率MOSFETs作為電流控制器件?？紤]到在輸出電流最大情況下，如果使用一個MOS管，則發(fā)熱情況非常嚴重，所以本系統(tǒng)采用四片并聯(lián)形式[2]。此外，由于大功率器件的參數(shù)一致性較差，所以應通過晶體管特性曲線圖示儀挑選一致性較好的器件(其中R11~R14為均流電阻)，以及進一步確保流過每個MOS管的電流基本相等，防止個別管子過熱而影響系統(tǒng)的正常工作。圖2中Rt為熱敏電阻，具有負溫度系數(shù)，當激光器驅動電流升高時，MOS管的發(fā)熱使Rt阻值下降，MOS管柵極電壓降低，漏極電流下降，完成了硬件系統(tǒng)的電流調整，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。本設計有效的保護措施之一是采用繼電器保護。激光器兩端并聯(lián)的常閉繼電器不僅可以避免激光器受到靜電的損壞，還可以通過設置繼電器的開關順序有效防止電源接通和斷開瞬間浪涌電流對激光器的損壞。

2.3 溫度控制環(huán)節(jié)