上午收到任务,终于要开始做实验了。我真的不喜欢做实验啊老天爷!!!真的是折磨 /_\
整个过程就是安装配件,然后调光路即可。
(一)工作步骤
1. 前期准备
- 先把激光器酒精擦洗一下。
- 把配件找齐,比如SMA头,DB 9串口线。
- 螺丝加上硬垫/软垫。
2. 装配
- 激光器安到控制电路板上,10%的激光引入准直器。
- 用10mm的DBS。
- 很垃圾的小PD按理需要光电流转化为光电压,然后加bias voltage、再滤波、放大才能看;但这次实验性的可以直接接到示波器上,但信噪比会差。可以用另外一个Koheron的Si PD,自带放大。
- 铷87气室只有一个,最后安。
3. 最终目的
- 观察到稳频吸收峰即可。
(二)饱和吸收稳频原理
激光器产生的激光频率并不十分稳定,在随电流、环境温度以及激光器本身的机械形变等因素而改变。
目前的频率参考源有两种:
光学谐振腔
当激光与原子相互作用或者通过光学谐振腔时,由于原子对激光的吸收或者激光在光学谐振腔内的驰豫,激光的幅度和相位都会发生变化。用激光频率的调制与解调技术将激光的这种变化转换为电信号,并用于对激光的频率进行反馈控制,最终得到频率稳定的激光输出。
通过光栅外腔反馈等光学反馈技术可以使半导体激光器获得兆赫量级甚至更窄的线宽输出。常见的光栅反馈方式有 Littrow 和 Littman 方式。在 Littrow 反馈方式中,经光栅衍射后产生的一级衍射光直接反馈回激光器,零级光作为输出光;在 Littman 反馈方式中,经光栅衍射后产生的一级衍射光先投射到一个反射镜上,由反射镜原路反射回光栅,产生第二次衍射,然后使衍射光反馈回激光器。由于存在温度起伏、注入电流的波动、空气流动、机械扰动以及其他干扰,使得光栅外腔反馈半导体激光器在自由运转时的频率起伏仍然比较大,因此需要利用电子学负反馈的方法,将激光器锁定到高稳定的频率标准上。例如以特定原子分子跃迁谱线或法布里-珀罗(Fabry-Perot)腔共振频率为参考,对激光器进行频率锁定。另外,线宽,采用光栅外腔反馈方法可将半导体激光器线宽压窄到100 kHz量级上。
原子、分子的光跃迁线
通过一定方式获得以原子跃迁谱线为基础的鉴频信号,采用电子伺服系统将频率校正信号负反馈到激光器,可以实现激光器频率的锁定。常用的两种获得鉴频曲线的方法有饱和吸收光谱技术和偏振光谱技术。
饱和吸收光谱锁频技术,是在饱和吸收光谱的基础上,通过对激光器进行频率调制,由相敏检波获得相应的鉴频曲线,即实现饱和吸收光谱的一阶微分(或三阶、五阶微分);这样的鉴频曲线具有很高的信噪比,但反馈环路的频率带宽会受到调制频率和相敏检波所用的锁相放大器积分时间常数的限制。
偏振光谱技术是1976年提出的,这种技术可以消除由于线性吸收引起的多普勒展宽,也无需对激光频率进行调制,当然也就无需进行相敏检测,激光的频率稳定度可得到明显提高。实验上,一束较弱的线偏振探测光与另一束较强的圆偏振抽运光反向重叠于铷原子气室,两束光来自同一激光器,频率相同。没有圆偏振的抽运光时,铷原子近似均匀地分布在基态不同的 Zeeman 态上;当圆偏振的抽运光穿过铷原子气室时,由于不同Zeeman态的CG系数不同,造成不同 Zeeman 态上原子的布居数不对称,导致原子介质的各向异性,表现为处于不同 Zeeman 态的原子对左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的吸收不同。而沿着探测光方向(加一弱磁场,为系统的量子化轴),线偏振探测光可以看作左旋圆偏振光和右旋圆偏振光按照特定相位差的叠加,两者不仅对原子的吸收有差异,而且在原子气室中的传播速度也不同,导致两个圆偏振光分量的相位差发生变化,最终使探测光的偏振发生变化。这样线偏振探测光通过铷原子气室后,再经过半波片和偏振分光棱镜(PBS)分解两路由光电探测器接收进行差分探测,即可得到偏振光谱,用作鉴频曲线。
1 为啥对打激光的饱和吸收谱线宽超窄?
本质讲就一句话,只有(在光轴方向投影)速度为0的原子,才会产生饱和吸收,因此就消除了多普勒效应。饱和吸收谱测出来接近自然线宽,所以非常窄。
原理逻辑简述:
首先原子气体,在气室里头很稀薄,没啥相互作用,其速度分布是温度相关的玻尔兹曼分布。当我扫描激光频率的时候,比如说,正儿八经的吸收频率是100 MHz,扫到98 MHz的时候,向左+2m/s速度飞行的原子感受到的频率恰好是100 MHz,因此98 MHz也会有吸收。
因此,正常打一束光,扫频,测量吸收谱,最后发现 Doppler Broadening 会使得原本窄窄线宽的几个吸收峰展宽,甚至会连成一个大吸收峰:
现在我用同一束激光分束后对打,一强一弱:强激光(粗蓝线)、弱激光(细红线)。探测弱光的吸收谱。
还是一样,扫到98 MHz的时候,向左+2m/s速度飞行的原子感受到的强激光(粗蓝线)频率恰好是100 MHz,会有吸收。此时,这团气体只不再吸收反打的102 MHz激光啦(简化一下多普勒效应,此时被激发的部分向左+2m/s速度飞行的原子,将102 MHz反向激光感受成100 MHz),但现在弱光也是98 MHz,因此弱光会被向右+2m/s速度飞行的原子吸收。
因此,只有恰好扫描到100 MHz时,(在激光方向投影)速度为0的那部分原子被激发,这部分原子,感受到两束光的频率是一样的,被强激光(粗蓝线)激发后,就不会被同一频率的弱激光(细红线)激发,因此会对它透明。此时扫描到的光谱就是原子的自然线宽的光谱,没有Doppler Broadening的。
另外,当激光频率扫描到某两对共振频率中间时,特定速度的原子,感受到迎面而来的泵浦光频率刚好升高到较高的共振频率,同时这群原子感受到从背面而来的探测光的频率正好降低到较低的共振频率,在泵浦光的作用下这群原子在基态的数目减少,其结果导致对探测光的吸收减少,谱线也呈吸收减弱的峰。这是饱和吸收光谱中的交叉峰。其它位置处都不会出现上述的两种情况,仍然保持原来的多普勒背景。
2 如何将频率锁到超窄线宽上?
2.1 第一步:找到准确的共振频率(峰顶)
最trivial的想法大概是,锯齿状扫频,得到如图a所属的饱和吸收谱,然后用什么比如scipy.peak_find()去找峰顶,就得到了共振频率。
但这样噪声极大,而且找不准。正确方案是:
要给激光扫频,先用锯齿状扫频,还额外加是正弦状扫频(正弦调制)。当激光频率在调制过程中经过原子的共振频率(100 MHz)时,原子对光的吸收率会发生变化,这种变化会在调制频率的基础上产生谐波分量。通过锁相放大器从原始吸收信号中提取的吸收信号所产生的信号频率的第一个/第三个谐波分量。这样可以有效地过滤掉环境噪声和其他非相关频率的干扰,极大地提高了信号的信噪比。用于提高信噪比和测量精度。
3 具体到铷原子的饱和吸收谱
实验中使用的是含有天然丰度87Rb和85Rb(比例为27.8%和72.2%)混合气体的铷原子气室。与实验相关的87Rb原子5S1/2态和5P3/2态的超精细分裂如上图所示。实验中拟将半导体激光器的频率锁定在xxx超精细跃迁线上。
87Rb在780nm附近的饱和吸收谱(SAS)和一阶差分信号如下图所示,其中T1- T3是饱和吸收峰,C1- C3是交叉峰。
(三)激光器控制板 drives 激光器
1 激光器 laser diode
激光器用的是 TOPTICA 的 DFB激光二极管,挺小一个,七万块钱。型号EYP-DFB-0780-00040-1500-BFY02-0000,网址在这里,780nm,线宽2MHz,最大输出40mW左右。
有14个引脚,说明如夏。
这里还贴心地为您附上了完整的官方DATASHEET。注意点这个超链接不是新建标签页打开哈,会覆盖这个页面。
TOPTICA每个激光器在出厂前都有测试报告,下图是它的测试报告。
可以看到,激光器电流超过 27 mA才有输出。
输出功率P(mW) = 0.5 x (电流I(mA) - 31(mA))
电流I(mA) = 50mA/V x ITAS(V)
我们为确保安全,激光器功率不超过2mW,电流最好别超过 35 mA,所以 慢慢拧这个 CURR,ILAS Pin口输出别超过0.65 - 0.7 V就行了。
2 laser diode 的 driver
Driver用的是Koheron家的CTL101,Type-1,B-200。不贵,万把块。
引脚定义入夏。
从引脚定义上看,和 TOPTICA 的 DFB 激光二极管是完美适配的。
2.1 主要功能
- Laser Controller
- 给激光二极管精确控制(还可以加调制)的输入电流,用于控制激光输出功率。
- 2套开关,有个物理开关(CURR)控制,还有个引脚(EN)控制。
- 旋钮调控电流大小(CURR)
- 有个引脚监控电流(ILAS)
- 两套SMA接口用于调制(DC和AC),DC的调制Gain可以用跳线选择(L/M/H)
- TEC controller
- 给激光二极管的热电冷却器供电,测温并且实现PID控温。
- 旋钮(TEMP)调控目标温度,引脚监控目标温度(TSET)和实际温度(TACT),还有个引脚(TMOD)微调温度
- Maximum current 1.2 A,有个引脚监控电流(ITEC)
- Temperature range 10 °C to 35 °C
- Temperature stability 0.0015 °C/°C
- 监控激光输出功率。
- Photodiode current 0 mA to 1 mA
- Gain 3.9 V/mA
- Bandwidth 20 MHz
这个驱动板各个接口如下。
2.2 各种引脚和开关跳线什么的说明:
开关类(左上洋红色部分):
- CURR: Turn ON to enable laser current.
- TEMP: Turn ON to enable TEC current.
- TPROT: When this switch is ON, the laser current is automatically disabled in case of a TEC fault condition.
- NC:Normally Closed,常闭开关
- 还有个总开关,左边灰色部分,是整个驱动板的总开关。
旋钮类(正上Tiffany蓝部分):
- 这个其实是滑动变阻器,trimming potentiometer.
- TEMP: 它两端的电压叫VTREF,顺时针转,电阻变大,电压(VTREF)升高,VTREF can be tuned between 0 and 4 V and can be measured at test point TP2. VTREF越大,温度设定越高。见后面杜邦线引脚的TSET部分。
- CURR: laser current trimmer,逆时针转会减少给激光的供电电流(laser current),拧到头就是0mA。
跳线类(中间紫色部分,3个):
- VCC: 根据输入电压(下面一排绿色引脚,VCC接正极,GND接地)5V或6V(只能这俩,using a 6 V supply provides 1 V of extra compliance voltage. )改变跳线。The VCC jumper must be set according to the chosen power supply.
- ILIM: High(250 mA)或Low(150 mA),设置电路中的电流限制(Current Limit)
- MOD: 分别是High(100 mA/V) Middle(10 mA/V) Low(1 mA/V),用于调节 DC modulation 的 Gain。Modulation input range 是 ±1 V。注意阻抗匹配是 50 Ω。
LEDs类(最左边一橙一黄):
- LASER: The brightness of this LED is proportional to the laser power measured on the monitoring photodiode.
- FAULT: 温控系统故障灯。It indicates a TEC fault condition, i.e. when the TEC driver is no longer capable of cooling the laser at the desired temperature.
杜邦线引脚(最下面一排,绿色)
- VCC和GND:上面说了,VCC接正极,GND接地。输入电压只能5V或6V这俩。
- TACT: 从这个引脚读的电压,可以直接反推得到(监视)控温数据。Temperature monitoring pin. The thermistor value is given by R = 10 kΩ * (10 V - VTACT) / (5 V + VTACT). The pin output impedance is 1 kΩ. 下图给出了温度-电阻值-VTACT的关系图,估计是拿Pt-1000放进了什么电路里头了。按逻辑应该是 温度->电阻->VTACT
- TMOD: Temperature modulation pin. Apply a voltage between -3 V and +3 V at this pin to control the temperature setpoint externally (see description of the TSET pin BELOW).
- TSET: 监测温度控制的目标值。该引脚的电压决定了PID控制器试图将实际温度(通过VTACT引脚监测到的电压)控制到哪个设定值。如果想调温度设定的话,可以转TEMP旋钮(粗调),也可以在TMOD上加个电压(细调)(需要另外一个GND引脚),参考一下原文:
-
Temperature setpoint monitoring pin. VTSET = VTREF + (1 / 10) * VTMOD,where VTREF is the voltage generated by the TEMP trimming potentiometer. The voltage VTREF can be tuned between 0 and 4 V and can be measured at test point TP2. VTMOD is the voltage applied at the TMOD pin. The PID controller tries to make the voltage VTACT equal to the setpoint VTSET. The pin output impedance is 1 kΩ.
- 注意,TSET引脚的输出阻抗为1 kΩ,后续注意阻抗匹配。 - ITEC: 监测TEC(热电冷却器)电流。参考一下原文:
-
TEC current monitoring pin. The TEC current ITEC is given by ITEC = (VITEC - 2.5 V) * (1 A/V),where VITEC is the voltage measured at the ITEC pin. The pin output impedance is 1 kΩ. 公式里偏置电压是2.5V,单位转化因子是1.
- 废话一下:
- 当VITEC = 2.5V时,ITEC = 0A,表示没有电流流过TEC。
- 如果VITEC > 2.5V,ITEC为正值,表示电流方向是正向的。
- 如果VITEC < 2.5V,ITEC为负值,表示电流方向是反向的。
- ILAS: 流经激光二极管的电流。Laser current monitoring pin. The laser current ILAS is given by ILAS = G * VILAS, where VILAS is the voltage measured at the ILAS pin and G is 50 mA/V for the 100 and 200 mA version, 100 mA/V for the 400 mA version and 200 mA/V for the 600 and 800 mA versions. The pin output impedance is 1 kΩ.
- 这边咱用的是B-200,laser current 范围是 0 mA to 220 mA,G = 50 mA/V。
- EN: Laser Enable pin. When the CURR switch is turned OFF, the laser current can be enabled by applying a voltage between 2.2 V and 5.5 V on the EN pin.
- PD: 跨阻放大器(Transimpedance Amplifier,将光电二极管检测到的光信号转换为电压信号)的输出,用于监测激光功率。
- 线性增益,每1 mA的光电二极管电流变化,会导致输出电压变化3.9V。但,不同的激光器模块的基准(y = kx + b中的b)不一样,得校准,比如测量已知功率下的PD输出电压。
- 另外,带宽从DC到20 MHz,可以监测静态激光(DC)功率,还能够监测高频变化(最高20 MHz)的激光信号,适用于快速调制或脉冲激光应用。
- PD引脚上的信号通过一个50Ω的负载进行终端匹配,防反射。废话一下,LASER LED的亮度与PD引脚的输出电压(VPD)成正比。参考一下原文:
-
Output of the transimpedance amplifier that monitors the laser power. This output has 3.9 V/mA gain, a bandwidth from DC to 20 MHz, and is terminated with a 50 Ω resistor. The actual laser power depends on the photodiode integrated in the laser and should be calibrated by the user. The LASER LED brightness is proportional to VPD.
- 简单看一下激光器的出厂报告,其光电探测器的光电流随外加电流的关系是:PC(mA) = 3.14 x (ILAS(mA) - 31) ,激光二极管功率随外加电流的关系是 PLAS(mW) = 0.51 x (ILAS(mA) - 31),所以,光电探测器的光电流随激光二极管功率的关系是:PC(mA) = 1.6 x PLAS(mW)。PD接口输出电压随激光二极管功率的关系是 VPD(V) = 6.24 x PLAS(mW)。
SMA接口类(最右下2个,用来Modulation inputs)
- two current modulation inputs available on SMA connectors。
- DC modulation input for modulation between DC and 10 MHz.
- Modulation range is ±1 V.
- A jumper allows to choose between 3 modulation gains. (1/10/100 mA/V)
- Input impedance is 50 Ω.
- AC modulation input for modulation above 1 MHz.
- Modulation gain is 20 mA/V.
- Input impedance is 50 Ω.
- AC modulation cutoff frequency is 15 MHz. 在这个频率以上,调制信号的增益降低到其最大值的-3 dB(70.7%),AC调制信号频率不能超过15 MHz。
2.3 入门步骤
准备仪器
- 万用表,电压计 x 2
- 直流电源 5V
- 杜邦线
- 激光功率计
官方指南上的步骤
- laser current switch (CURR) and the TEC current switch (TEMP) OFF. TPROT switch ON.
- Set the VCC jumper to 5 V.
- Plug the laser diode on the ZIF socket. Make sure there is a good thermal connection between the laser case and the base plate. Use thermal paste if necessary.
- Power the board with 5 V between VCC and GND pins (set the VCC jumper accordingly). The power supply must be able to supply at least 2 A (2.5 A for the 800 mA version).
- Set the current to 0 mA by turning the laser current trimmer (CURR) counter-clockwise 逆时针拧到头就行了.
- Turn the POWER switch ON.
- Adjust the temperature trimmer to get 2.5 V on the TSET pin. 用万用电表测测。
- Turn ON the TEC current switch.
- Check that the voltage between the TSET and TACT pins converges towards zero. The laser temperature is now stabilized at 25 °C.
- Turn ON the laser current switch (CURR). 给激光二极管供电。
- Turn the laser current trimmer (CURR) clockwise to reach the desired laser current. 这里大概需要监控一下ILAS电压。
官方给出了详细的入门指南。
2.4 实现扫频?
怎么调节激光器频率?
- DFB(分布反馈)激光器的输出波长对驱动电流非常敏感。官方给出数据是:dλ/dI = 0.003 nm/mA 在780nm附近,0.003 nm相当于1480 MHz,所以调节 1mA电流 = 1480 MHz。我们大概需要调节 500 MHz 范围的波长,所以调节0.33mA就够了。
- 也可以调温度。官方给出数据是:dλ/dK = 0.06 nm/K。在780nm附近,调温度的话 1 mK = 29.6 MHz。
- 输出功率随电流变化,官方给出数据是:dP/dI = 0.5 mW/mA。0.33 mA带来功率变化是0.16 mW左右。
- 最终结论就是用DC调制的SMA口加个调制,用1mA/V的Gain,大概幅度 0.33 V就够了。
所以!最后整个连线设备大概是这样:
(四)光路
(五)光信号采集
一开始用的最垃圾的三极管光电探测器,两个脚接到示波器上去,就可以看到电平信号。
但噪声太大,直接上专业的带滤波放大的: Koheron PDX10 (datasheet is HERE)
具体型号是PDX10S-5-DC-SI,贼拉简单:
- 供电:
- Supply +VCC pin with a voltage from 10.5 V to 13 V.
- Supply -VCC pin with a voltage from -9 V to -4 V.
- 光探测:
- Illuminate the photodiodes with a maximum of 3 mW optical power.
- 信号输出:
- The output is available on the SMA connector (50 Ω impedance).
福禄 Suppl. Info.
俘虏1 激光安全
激光辐射造成的眼伤主要有光致角膜炎、角膜凝固、碳化和穿孔、晶状体混浊、视觉功能性障碍“闪光盲 ”,以及视网膜凝固、出血和爆裂等。强度高的可见或近红外光进入眼睛时可以透过人眼屈光介质,聚积光于视网膜上,此时视网膜上的激光能量密度提高到几千甚至几万倍,大量的光能在瞬间聚中于视网膜上,致视网膜的感光细胞层温度迅速升高,以至使感光细胞凝固变性坏死而失去感光的作用,一旦损伤就会造成眼睛的永久失明。
波长分类:
- 紫外光,100nm-400nm;
- 可见光,400nm-750nm;
- 红外光,750nm-1mm。
激光危险等级
- 第1级 (Class I/1) :在此情况下即使眼睛暴露在激光下几小时也毫无损伤
- 第2级 (Class II/2): 除了用眼镜直视光束很长时间,在正常情况下是安全的,眼睛的眨眼反应可以避免受到激光伤害。这类激光输出功率低于1mW,只包括能发出可视光的激光。例如激光笔。
- 前两级的危险指示标签是 CAUTION,后面的都是 DANGER
- 第3 a/A级 (Class IIIa/3A) :功率通常会达到5mW,并且在眨眼反应的时间内会产生对眼睛造成伤害的小风险。注视这一等级的激光光束几秒钟会对视网膜造成立即的伤害。如果设备没有标明“小心”的警告标签,激光功率密度不得超过2.5毫瓦/平方厘米,否则需要有“危险”的警告标签。这以激光等级包括常见的激光瞄准器和激光笔。
- 第3 b/B级 (Class IIIb/3B) :在暴露下会对眼睛造成立即损伤。这个类别的激光功率为5mW-500mW,直视激光可以给眼睛带来永久的伤害。如果需要直视第3b/B级激光,建议佩戴激光防护镜。这一级别的激光可能有点燃的危害,并能灼伤皮肤。
- 第4级 (Class IV/4):这个类别包括输出功率大于500mW的激光,它会对眼睛和皮肤造成永久性伤害。激光的漫反射也会对标称危险区内眼睛和皮肤造成伤害。许多工业、军事、科学和医疗用的激光都属于这一类别。
低等级激光真的无害吗?
即使是第1级的激光也被认为有潜在性的危险。 西奥多•梅曼创造的第一个激光器只有” 吉列”的功率,它只能灼热吉列刮胡刀的刀片。但是,几毫瓦的低功率照射,都足以危害到人眼的视力。如果该激光的波长在眼角膜和透镜可以良好聚焦在视网膜的范围内,就意味着这种相干性低的发散的激光光会被眼睛聚焦在视网膜上极小的区域,只要几秒钟或更短的时间,就会造成视网膜局部的烧灼和永久性的伤害。
关于红外激光:
红外激光极其有害,因为保护身体的“眨眼反射”只对可见光有反应。例如,有些人暴露于高功率Nd:YAG激光发出的1064纳米不可见光的辐射下,感觉不到疼痛或是注意到对眼球的瞬间伤害。眼球突然地跳动或是噪音是视网膜已损坏的唯一迹象。视网膜受热温度超过100℃会导致局部沸腾并伴随永久性盲点。然而,某些波长超过1.4μM的红外线激光通常被归类为对”眼睛安全”的。这是因为水分子的内在分子震动对这一波段附近的频谱有着强烈的吸收,因此这些波长的激光光在通过眼角膜时会被稀释,完全没有办法残留的光线会被透镜聚焦到达视网膜。但是”眼睛安全”的标签可能会造成误导,因为它只适用于低功率的连续光束,任何高功率或有Q-断路器的激光,在这种波长一样可以烧灼眼角膜,造成眼睛严重的损伤。
在使用第IIIB级和第IV级激光时候,需要采取有效措施保护自己免受激光的危害。在当今市场上,激光防护镜是保护自身的主要方式之一。选择不同的激光产品,需要佩戴相应波长适配的激光防护镜。例如,吸收532nm波长激光的需要佩戴橙色的护目镜。
常见激光功率
1–5 mW | 激光指示器 |
5 mW | CD-ROM 驱动器 |
5–10 mW | DVD播放器 or DVD-ROM 驱动器 |
100 mW | 高速CD-RW刻录机 |
250 mW | 消费者16X DVD -R刻录机 |
400 mW | 4秒内点燃首饰盒,磁带 |
1 W | 全息通用光盘原型开发的绿色激光 |
1–20 W | 大多数市售的用于微细加工的固态激光器 |
30–100 W | 典型的封闭式CO2 手术激光器 |
100–3000 W | 典型的封闭式CO2激光器,用于工业激光切割 |
100 kW | Northrop Grumman公司正在开发的CO2激光器,用于军事武器应用 |
激光护目镜
查了一下LBTEK的护目镜,以下型号可以防780nm激光:
型号 | OD@波长 | VLT | 镜片颜色 | 推荐 |
CD-D6T25 | OD6+@773-800nm | ~25% | 深绿 | 一般 |
ACD-D5T70 | OD7+@770-799nm | ~70% | 粉红 | 最推荐 |
CDE | OD6+@725-1280nm | ~40% | 海蓝 | 一般 |
IPL | OD4+@190~2000nm | ~30% | 墨绿 | 不 |
注意,VLT值是指可见光波段400~700nm的透过率,可简单理解为镜片颜色的深浅,VLT越高,镜片颜色越浅,视野越明亮。低于20%的话得在很亮的地方用。
俘虏2 浮动二极管 Floating Diode 与 Case 接地
浮动二极管,通常指的是激光二极管的阳极和阴极都没有直接连接到电路的地(GND)或其他固定电位,而是完全浮动的,即它们的电位相对于电路地是独立的。
从电路中可以看到,激光二极管的正负极都没有接地相连,所以这个就是个浮动二极管。这个驱动板可以完美适配。
我用的这个激光二极管的引脚13,标记为“CASE”,该引脚与激光器的金属外壳相连。从电路里看,正负极都和case电隔离了。有的浮动二极管,它正负极会和case相连,那么case(外壳)就必须isolate from the circuit GND。如何隔离?
- 使用尼龙螺丝把激光器固定到板子上
- 依靠驱动板底板阳极氧化层的电气隔离,将驱动板与GND隔离。
- 在为驱动器供电之前,请检查外壳和GND之间的电阻是否高于10kΩ。
如果阳极或者阴极接外壳,外壳又接地了,就会:
- 当阳极连接到外壳时(下图左图),没有电流通过二极管。
- 当阴极连接到外壳时(右图所示),电流在不受调节的情况下通过二极管,在大多数情况下,二极管会损坏。
在大多数情况下,二极管的金属外壳可以与地面电气隔离,以便使用浮动结构。在这种架构中,控制电子设备在更靠近地面的地方运行,这通常会提高功率效率。如果规定金属外壳必须连接到接地,则这个驱动板不顶用了,必须使用阳极接地(Anode grounded drivers)或阴极接地激光驱动板(cathode grounded laser driver)。阳极接地驱动器从负电源(negative supply)工作,而阴极接地驱动器从正电源(positive supply)工作。
关于驱动板的基础知识可以看这里。