为什么激光二极管要配光敏检测器？

拆开一颗 TO-Can 封装的激光二极管，你会发现里面躺着两颗芯片：一颗负责发光的 LD ，另一颗不起眼的小方块，就是监控光电二极管，业内常叫 PD 或 MPD。

很多人疑惑为什么还要多塞一块探测器进去呢？答案只有一句：激光二极管天生不稳，必须给它配一双眼睛。

一、激光二极管有三个天生短板

1. 阈值电流随温度漂移。LD 是半导体结上的受激辐射器件，环境温度每升高十几度，阈值电流就可能上升百分之十到二十，外微分效率同步下降。同一份驱动电流，在夏天和冬天的输出功率可以相差很大。

2. 器件会老化。随着工作时间的增加，有源区非辐射复合中心增多，在同样的注入电流下对应的光功率会缓慢衰减。要想维持恒定的输出功率就必须不断地增大输入电流，直到达到最大值为止。

3. 过驱动就会造成瞬间损坏。LD 腔面有一个灾变性的光学损伤阈值（COMD）。一次电流尖峰或者浪涌造成的光功率密度超过临界值之后，就会造成腔面局部熔化而损坏器件不可逆。

三点决定了激光二极管不能开环使用必须闭环。

二、PD 如何完成闭环

LD 谐振腔的两个端面都出光。前端面是工作光束，后端面即使镀了高反膜，仍有极小比例的光泄漏出来。工程师把 PD 就摆在这个位置，它在偷看激光管的背影。

因为背光功率和前端输出严格成正比，在控制上很容易掌握住正面输出的所有信息。

PD 把背光按比例转换成微弱的光生电流，送回驱动芯片。APC（自动功率控制）环路拿它跟设定目标值比对，实时调节注入 LD 的电流：

- 温度一升、效率掉了 → 加大电流，补回来

- 器件老化、出力变弱 → 微调电流，维持原值

- 换一批料、个体有差异 → 每颗都被拉到同一水平线

结果就是从第一分钟到第一万小时输出功率基本不变。对激光打印、条码扫描、流式检测以及医疗照射等剂量敏感的场景来说几乎是硬指标。

三、PD 的另外两个价值

1. 眼安全的最前线。消费和工业激光产品受 IEC 60825 约束，功率上限是不可突破的红线。PD 一旦检测到背光异常抬高，监控电路可在毫秒级切断输出。可以说 PD 是成本最低的那道保险丝，只不过它不是烧断自己，而是提前止损。

2. 延长寿命。激光二极管最怕过驱动，腔面发生灾变性光学损伤（COMD）时当场失效且不可逆。有了 PD 实时监控之后电流就始终处在安全窗口之内了。MTBF 也就自然地提上来。

四、是不是所有的LD都需要配置PD？

判断标准很简单，只需要它亮就可以了，还是必须它亮得准确一些？表格如下所示：

另外注意波长匹配，近红外850nm,905nm,940nm波段需要使用该波段响应度高的PD材料，不能只比价格。

五、闭环再漂亮也架不住芯片本身漂

APC环路只能是补偿的，不能起到先天离散的作用。如果激光二极管自己的波长中心值、阈值电流、Vf分布都比较分散，那么闭环再怎么努力也只是把问题按住而已。

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