Voici comme nous l'avions déjà vu, la courbe de luminosité d'une diode laser en fonction du courant qui la traverse : une simple droite ! On pourrait en conclure qu'il est donc très simple de gérer la luminosité en réglant le courant.

Et bien ce n'est pas si simple justement. On constate déjà que la courbe monte très vite. Donc faut être précis. On remarque également que la courbe ne passe pas par zéro.
Pour des intensités inférieures à un valeur de seuil (threshold current) la luminosité reste très faible (en fait la diode fonctionne alors comme une simple LED, dans un régime qui n'est pas laser, la lumière émise n'est pas cohérente (photons pas tous en phase) et surtout la source apparente n'est pas ponctuelle donc la tache de focalisation reste relativement grande). Il n'y a pas mise en oscillation de la cavité résonante au sein du semi-conducteur et l'émission des photons n'est pas stimulée.

A partir de la valeur de seuil, l'effet laser se déclenche et la luminosité augmente très rapidement avec le courant. Il y a bien entendu une valeur de courant à ne pas dépasser qui correspond à une puissance maximale admissible (P= U x I) mais ce n'est pas la seule limitation. Avant d'atteindre cette limite, la luminosité devient suffisante pour détériorer le miroir semi transparent de sortie du cristal (en fait il s'agit simplement d'une surface polie). Si cette valeur est atteinte, même pendant un temps très bref, la diode laser se transforme définitivement en une simple LED !

Il faut également savoir que la valeur du courant de seuil dépend de la température (toute la courbe translate horizontalement). Donc si on impose un courant fixe, la luminosité variera d'un jour à l'autre, d'un instant à l'autre même, lors de l'échauffement normal de la puce en fonctionnement, et pourra très facilement dépasser la valeur maximale autorisée.

C'est la raison pour laquelle les fabricants ajoutent une photo-diode ("PD") dans le boîtier reliée à la troisième patte. Le courant qui traverse cette photo-diode (correctement alimentée) est fonction de la luminosité de la diode laser (LD). C'est cette information qui va nous servir à piloter précisément le courant dans la LD.

Le LM317 est un régulateur de tension ajustable, qui connecté de cette façon devient un générateur de courant constant. Il adapte en permanence sa conduction afin que le courant qui passe dans la résistance de 22 ohms produise une tension de 1,25V aux bornes de cette résistance. Ce courant est donc égal à 1,25/22 = 57mA. Ce courant alimente la diode laser et est bien inférieur au maximum indiqué sur son datasheet (70mA). La régulation qu'on se propose de faire tournera quant à elle autour de 40mA. L'idée est de dériver une partie de ce courant dans un circuit qu'on va placer en parallèle sur la diode. Nous verrons cela au paragraphe suivant.

Le LM317 est alimenté en amont par un transistor MOSFET canal P (IRF9Z24 ) en tout ou rien (0V ou 12 V). Un transistor NPN (BC548) en montage émetteur commun permet d'utiliser une commande en 5V référencée à la masse, issue d'un microprocesseur (par exemple l'ATmega2560 d'un Arduino).

Si l'on dérive une partie du courant constant de 57mA dans un shunt en parallèle sur la LD, ce sera ça en moins dans le courant qui traverse cette diode. C'est le rôle du transistor NPN 2N5551, choisi pour avoir un courant de collecteur max assez élevé (600mA). Ce transistor est lui même câblé en générateur de courant (montage classique : c'est un suiveur de tension sur sa résistance d’émetteur sur laquelle on trouve donc la tension de base - Vbe, donc un courant d'émetteur connu, le courant de collecteur étant pratiquement égal à celui d'émetteur vu le bêta), donc constant.

Reste maintenant à asservir ce courant et par conséquent le courant dans la diode à la luminosité du faisceau. C'est là que la photodiode entre en jeu.

Le problème de la photodiode (sur ce modèle) est qu'elle est connectée en interne en cathode commune avec la LD, or une photodiode doit être alimentée en inverse (pas dans le sens passant donc). Elle est bloquée dans l'obscurité (courant d'obscurité très faible) et laisse passer un courant (inverse) qui est fonction de l'illumination de la jonction ( ce n'est donc pas une photopile mais un générateur de courant constant (encore un, décidément !) à la condition d'être alimentée par une tension appliquée par une résistance. La chute de tension dans cette résistance permet de connaître la valeur de ce courant, mais ce n'est pas de cette façon que nous ferons l'acquisition de cette information).

Il nous faut donc alimenter cette photodiode avec une tension négative. Elle est obtenue par un classique circuit CMOS 40106 (six inverseurs à hystérésis ). Le premier est utilisé en oscillateur, les cinq autres sont câblé en parallèle afin de délivrer un courant appréciable. Une paire de diodes Schottky associées à deux condensateurs permettent d'obtenir la tension négative désirée (environ -VDD à vide). C'est un grand classique, je ne m'étendrai pas d'avantage sur cet étage.

Nous voulons maintenant connaître la valeur du courant qui traverse la photodiode et traiter cette information par un amplificateur opérationnel qui la comparera à une valeur de consigne, et chose importante, sera alimenté en [0 +12V] et non pas en [-11V + 12V] afin de ne pas "tirer" sur la faible alimentation -11V que nous venons de voir. Si nous nous contentons d'alimenter la photodiode par une résistance connectée au 11V, nous obtiendrons une tension négative non référencée à la masse mais au -11V, dont la valeur n'est pas garantie. Nous pouvons utiliser un montage différentiel, mais traiter des tensions négatives par un ampli op alimenté en positif, ce n'est pas top. On se retrouve avec des problèmes de mode commun, bref j'ai voulu éviter ça.

La solution retenue passe par l'utilisation d'un optocoupleur, sa LED en série avec le courant à mesurer, et son phototransistor exploité côté positif du montage. La dynamique de la bestiole est bonne, sa linéarité aussi.