半导体激光器数字温度控制系统的设计

为满足光纤传感对半导体激光器温度控制的要求，设计了半导体激光器数字温度控制系统。介绍了半导体激光器数字温度控制系统的工作原理，针对被控对象的特点，建立和分析了系统的数学模型，并采用双闭环串级调节系统结构的方法，设计了系统的硬件结构，介绍了软件实现方法。实验结果表明使用数字温度控制系统可以使LD的输出波长偏差小于0．01nm。该系统可以满足光纤传感等领域对半导体激光器温度控制精度和稳定性的要求。     

一种基于温控半导体激光波长扫描的光纤瓦斯测量系统

设计了一种基于温控半导体激光波长扫描的光纤煤矿瓦斯测量系统,通过改变中心波长1653 nm半导体分布式反馈( DFB)激光器的工作温度来扫描半导体DFB激光器的输出波长,在5 nm波长扫描范围内,存在明显的瓦斯气体吸收峰。半导体DFB激光器输出的光注入被测气体室,气体室的输出光携带有瓦斯气体浓度信息,用光电探测器将光信号转化为电信号,再由A/D采集卡采集到信号处理系统,通过对有吸收峰位置的光功率和无吸收峰位置的光功率进行比较,则可计算出瓦斯浓度。该传感系统采用80 mA恒流源驱动半导体DFB激光器,使其输出光强保持不变,其结构简单、灵敏度高。     

气体传感器中半导体激光器的温度控制

不同气体分子由于其特征结构不同,对应于不同的吸收光谱,通过气体对特定波长光的吸收,形成了光谱吸收式气体传感器。在光谱吸收式气体浓度检测系统中,保证半导体激光器输出光波长的稳定性是最为重要的,而激光器的温度是影响输出波长的主要因素之一。目前,通常采用激光器内部的热敏电阻器作为激光器温度的测量依据,但受到激光器结构的限制热敏电阻器不能精确快速地指示激光器的温度,影响了检测系统的正常工作。为了解决这个问题,通过对垂直腔面发射半导体激光器应用的分析,在原有热敏电阻器的基础之上,加入对激光器输出波长的监测,形成了热敏电阻器与输出波长的双重检测的温度控制方案,改变传统的仅有热敏电阻器单参数的温度控制方案,形成双参数的数字PID控制决策,实验结果表明:光源温度偏差可以控制在0.01℃以内,进一步提高了光学气体传感器的工作稳定度。     

基于FPGA的可调谐激光器控制电路设计

可调谐激光器是光纤光栅解调系统中最主要的部件之一,其输出波长和功率的稳定性影响整个解调系统的性能;文中对MG-Y可调谐激光器的调谐原理进行了分析,设计了一种基于FPGA的可调谐激光器控制电路;使用温度控制芯片ADN8834对MG-Y激光器进行温度控制,通过改变电流源的输出电流,控制激光器的输出波长;利用光谱分析仪采集激光器的输出波长,并对激光器的输出波长进行标定,制作“波长-电流”查询表;FPGA通过调用“波长-电流”查询表,实现激光器的波长在1527~1567 nm范围内以20 pm间隔连续线性扫描。同时搭建光纤布拉格光栅解调系统,验证了可调谐激光器解调光纤光栅中心波长的可行性。     

STM32的窄线宽半导体激光器驱动电路设计

设计了一种高稳定性的激光器驱动电路。激光器驱动电路硬件主要包括温控模块、恒流驱动模块以及电流调谐模块，电路设计采用STM32微处理器作为主控芯片，ADN8443作为温度控制器件，结合PWM控制方案实现温度控制，设计恒流驱动电路以及电流调谐电路实现半导体激光器的稳定输出。经过测试，功率稳定度为0.16%,波长稳定度为0.23 ppm,电路具有可调谐、体积小、效率高、驱动能力强等优点，能够实现激光器的稳定控制。     

全国产1550nm窄脉宽光纤放大器

本文分析了掺铒光纤长度与泵浦功率对放大器激光输出光谱及功率的影响,采用自制窄脉冲驱动电路,自制1550nm半导体光纤耦合模块作为信号光源,自制9xxnm的半导体光纤耦合模块作为泵源,优化光纤长度,实现了波长1550?6nm,脉宽8?8ns,峰值功率2?8k W光纤激光器输出,并对输出激光功率及光谱进行了分析,最终完成了全国产1550nm窄脉宽光纤放大器的研究。     

基于光谱吸收的光纤水分传感器研究

基于分子的近红外光谱吸收机理,研究一种可以检测水分含量的光纤传感器。对半导体激光器(LD)进行正弦波调制,建立人工神经网络的数学模型,利用NI数据采集卡和神经网络数据拟合实现分子的检测。系统采用双光路结构有效消除了光源光强噪声干扰和光电器件的零点漂移。实验结果表明:传感器性能稳定,灵敏度高,重复性好,并且不受其它气体或杂质的干扰。     

基于PID算法的高稳定性DFB激光器温度控制器

针对分布反馈式(DFB)激光器的输出波长和发光功率受其工作温度影响的问题,利用微型控制器TMS320LF28335设计并研制了高稳定性DFB激光器温度控制器;硬件电路主要包括TEC控制模块、温度信号采集模块和电流信息采集模块,采用数字离散化的Ziegler–Nichols比例-积分-微分(PID)控制算法,减少了温度的超调量,提高了该系统的稳定性,利用该温度控制系统,对中心波长为1.742μm的DFB激光器进行了温度控制测试;实验证明该系统的控制精度为±0.05℃,温度控制范围为5~60℃,并在长时间(220min)运行中,DFB激光器工作状态稳定,中心波长未出现漂移。     

基于遗传算法的半导体激光器温度智能控制系统

半导体激光器输出波长随温度变化会发生漂移,影响其精度及使用寿命,为了使半导体激光器稳定工作,要保持它的温度稳定.设计了基于遗传算法的半导体激光器智能温度控制系统,采用MATLAB进行仿真,验证了温控系统的应用效果.     

半导体激光器温度控制模块的设计

设计一种用于半导体激光器(SL)工作温度调节控制模块,通过采用双温度测试、内嵌8位微控制器(MCU)、256级电流输出等,实现了智能化、小型化,具有温度稳定性高、成本低等特点.基于系统结构框图对各部分组成、工作原理和软件实现进行了分析.测试结果表明本模块也适用于其它类型半导体器件的工作温度控制.     

Fiber laser-based temperature sensor systems using uniform wavelength-matched Bragg grating reflectors

A detailed investigation has been carried out into the output characteristics of a fiber laser forming, as it does the basis of an optical sensor system, in terms of its wavelength, signal intensity and linewidth, and the output spectrum when each individual fiber Bragg grating, acting as the reflectors of the laser system, has been allowed to respond to temperature in a wavelength-matched normal Bragg grating-based laser configuration. An analytical model has been created reflecting the relationship between the grating bandwidth and the temperature under each operational condition and the results obtained have significant implication for the optimum design of this type of fiber laser-based sensors. Additionally, experiments were performed to investigate the output characteristics of a fiber laser-based sensor when used for temperature measurement.     

多点光纤气体传感系统在煤矿中应用的可行性探讨

阐述了光纤气体传感器的结构及工作原理,介绍了多点光纤气体传感系统OptoSniff的工作原理及其采用的直接探测和TDLS技术,并进行了实验室测试。结果表明,该系统具有传输距离长、响应时间快、测量精度高、不用定期标校的优点。该系统在煤矿中应用还存在无法实现就地声光报警等问题,需进一步研究。     

一种高方向灵敏度光纤F-P超声传感系统设计研究

针对光纤F-P超声传感器工作点易偏离问题,设计了基于双波长稳定技术的低细度光纤F-P传感系统,建立了双波长光纤F-P传感系统的DE算法数学模型,优化设计了一高正交精度光纤F-P传感系统,建立基于该传感器的激光超声检测系统,实验研究了该传感器探测超声信号的有效性和方向灵敏度。结果表明,该传感器可以有效检测试样中激发出的超声表面波信号。激发源与传感器轴向夹角为0°时,表面波幅值最大。随着激发源与传感器轴向夹角增大,表面波幅值降低。激发源与传感器轴线垂直时,幅值下降达80%,说明该传感器有很强的方向性。     

热辐射型光纤高温传感器及其性能研究

介绍了一种光纤高温传感器及其测温原理和测量方法,研究了传感器的设计结构、稳定性、一致性和互换性等。系统根据黑体热辐射原理,采用双波长比色测温法和光纤传感技术来实现准确测温。结果表明:"接触—非接触"式的测温结构避免了光纤直接接触高温源,传输光功率衰减对传感器测量精度的无影响,传感器具有很好的一致性,完全可以互换使用,也可实现高温高压设备中的温度测量。     

埋入式F-P光纤应变传感器的疲劳性能试验研究

光纤传感器的研究应用代表着混凝土桥梁结构健康监测技术的发展趋势。针对基于白光干涉的埋入式F-P光纤应变传感器的测试原理及主要结构参数进行了分析，介绍了该传感器的制作工艺特点。通过对传感器的疲劳性能试验，验证了该传感器具有优良的精度稳定性和耐久性，满足桥梁施工现场复杂状况下混凝土结构应变监测的要求。     

双频率调制谐振式光纤陀螺谐振谷分裂现象研究

谐振式光纤陀螺(Resonator Fiber Optic Gyro,R-FOG)是利用光纤环形谐振腔的Sagnac效应实现对转动角速度检测的一种高精度惯性传感器件.双频率锯齿波组合调制技术可应用于谐振式光纤陀螺数字处理系统.实验发现,在基于双频率锯齿波组合调制技术的R-FOG系统中,对激光器输出光频率进行扫描时,在示波器上观察到光纤环形谐振腔的谐振曲线会分裂成两个谐振谷.利用频谱分析与光波场叠加原理相结合的方法对光纤环形谐振腔的输出光场进行了具体推导和仿真分析,并对谐振谷分裂现象的物理原因作了解释.仿真分析发现,光纤环形谐振腔的谱线宽度越窄或两个锯齿波组合调制频率相差越大,谐振谷分裂现象越明显.最后对这种谐振谷分裂现象进行了具体测试,实验测试结果和理论分析结果一致.     

Temperature sensor using ferrofluid thin film

A brand new design of temperature sensor using ferrofluid thin film is proposed in this paper. When magnetic field parallel to the plane of the ferrofluid thin film is applied, magnetic chains form in the same direction of the magnetic field, which results in the suppressing of optical transmission. It is observed that the optical transmission is changed by the ambient temperature, so that temperature sensor can be constructed by measuring the transmission power of a laser. The physics and the sensitivity of the temperature sensor are also analyzed.     

高功率窄线宽可调谐 1 064 nm 环形腔激光

文章采用了三镜环形腔内插入标准具获取高功率窄线宽可调谐1064 nm 激光。对环形腔的单向运行、标准具压窄线宽与调谐波长及激光大基模体积运转进行了理论分析与计算,结合实验优化了腔镜曲率与输出耦合率。在808 nm 半导体激光泵浦功率151 W 条件下,获得输出功率33.7 W、光束质量因子 M 2＝1.28、线宽0.1 GHz 的单向1064 nm 激光输出,相应的光转换效率22.3%。采用高精度控温仪对标准具进行精确温控,实现激光波长的精密调谐。改变标准具温度获得1064 nm 波长调谐范围72.6 GHz,调谐精度为220 MHz。波长调谐过程中1064 nm 激光输出功率变化约10%。整个系统稳定可靠,而且相对简单,较易实现,为获得可调谐窄线宽1064 nm 激光提供了实用有效的技术手段。     

DBR光纤激光应变传感研究

光纤激光器是一种信噪比很高的优质光源,具有光束质量好、窄线宽、高功率等优异的性能,将光纤激光器应用于传感,能弥补布拉格光栅传感的不足.通过利用光纤激光器构成的光纤激光传感器与光纤布拉格光栅传感器相比较,进行应变传感实验研究.实验结果说明光纤激光器型传感器具有更高信噪比和输出功率.与传统的布拉格光栅比较,输出信号的功率增大了23 dB,信噪比得到19 dB的提高.线宽减少了约1/5.     

双波长光谱法光纤甲烷传感器性能的研究

针对光谱吸收法检测甲烷气体体积分数时,存在着由于LED光源驱动电流抖动和环境背景光干扰造成的测量误差,设计的双波长光谱法光纤甲烷传感器极大地减小了上述误差,实验结果表明:其测量精度一般可以达到5%,相比同类传感器提高了测量精度。对于测量精度要求较高的场合,进一步推导了双波长测量误差公式,详细分析了测量波长漂移和测量环境温度变化导致的测量误差性质。研究结果对于其他强度调制型光纤传感器具有普遍的借鉴价值。