高稳定度半导体激光器电源

设计并实现了一个高精度的半导体激光器驱动系统, 该系统包括温度控制和电流控制两部分。温度的控制范围为室温下±1.50×101 K, 控温精度优于1.81 mK, 标准差小于0.20 mK。电流的调节范围为0~2.00×102 mA, 纹波小于1.00×102 nA。该系统驱动外腔半导体激光器时可以保证激光器输出的频率稳定度在10 s内达到1.00×10-9, 满足原子分子物理和激光光谱学等领域对高精度激光器的需求。     

大功率半导体激光驱动电源的研制

介绍了一种利用单片机控制的大功率半导体激光驱动电源。系统采用恒流源、光功率反馈、继电保护、慢启动、慢关闭等软保护措施,实现对半导体激光器输出光功率的软调整及有效保护。同时,采用半导体温度控制技术,对半导体激光器进行恒温控制,从而实现了半导体激光器光功率稳定、可靠、准确输出。经实验证明,在0℃-40℃的环境温度下,该驱动电源可使激光器的光功率稳定度优于0.5%;温度控制精度优于±0.3℃。     

基于FPGA技术的半导体激光器驱动电源的研制

提出了一种新的连续半导体激光器(LD)驱动电源设计方案,该方案融入FPGA技术,采用日立SH系列单片机HD64F7045为控制核心,实现了高稳定度的激光器驱动和温度控制。LD驱动单元中,应用负反馈技术分别实现注入电流IF、驱动电压VF和光功率的高稳定控制,还采取了软启动控制、短路开关和限幅保护的措施,有效地保证了LD的安全。LD温度控制单元中,采用了比例积分(PI)控制技术并结合积分分离的思想,实现对LD温度的高稳定度的控制。实验表明,注入电流的稳定度达到10-4量级,温度稳定度优于±0.01℃,性能比以往的同类系统提高了一个数量级。     

光纤电流互感器用半导体激光器数字驱动电路设计

半导体激光器的输出性能直接决定了光纤电流互感器的测量精度和长期运行稳定性。为提高光纤电流互感器的测量精度与稳定性,设计了一种高精度半导体激光器数字驱动电路。以STM32微控制器为控制核心,利用高精度电流源芯片ADN8810实现驱动电流的精密控制,同时采用集成温控芯片MAX1978通过控制半导体制冷片的工作电流实现对激光器温度的精确控制。经实验测试,其输出电流稳定度为0.028%,温度控制稳定度为0.18%,激光器输出光功率稳定度达到0.06%,输出波长稳定度为0.05pm。该设计能够满足光纤电流互感器对光源输出性能的要求。     

面向超短脉冲激光器泵浦源的驱动系统设计及应用

设计并实现了一种用于超短脉冲激光器泵浦源的驱动系统。该系统可以同时为五路半导体激光器提供高精度、高稳定度、高灵活性的恒温控制和恒流驱动。为了提高驱动系统的灵活性和可集成度,硬件部分采用上位机、控制、驱动、供电分开的模块化设计方案;基于嵌入式实时操作系统μC/OS-III开发了系统驱动程序,提高了实时性和扩展性,输出校正部分采用遗传算法优化的增量式PID算法,减少了系统的超调量和到达动态平衡的时间;驱动系统具有完备的保护措施,如软启动和关闭、驱动回路检测、过温保护等功能,确保了泵浦源的稳定运行。在实际应用中,半导体激光器温度稳定度优于0.035%,驱动系统输出电流稳定度优于0.001%。将研制的驱动系统集成到1.5 μm飞秒光纤激光器中驱动五路半导体激光泵浦源,获得的种子激光、放大器的输出激光脉冲光谱、脉冲序列和单脉冲均可稳定运行;经过连续3 h的测试,1.5 μm飞秒光纤激光器的输出功率稳定度为0.16%。     

基于PID算法的激光器恒温控制系统的设计

为了提高分布式反馈(DFB)激光器发光波长的控制精度,利用半导体热电制冷器设计了一款用于气体检测的DFB激光器精密温度控制系统.该系统主要包括数字信号处理电路、前向TEC驱动电路和后向温度采集电路构成.采用闭环比例-积分-微分(PID)控制算法,提高系统的控制精度、缩短系统的响应时间.通过使用温度控制系统向中心波长为1600nm的NLK1L5GAAA型可调谐DFB激光器进行了温度控制测试实验.实验数据证实,本装置的温度控制精度为±0.05℃,温度控制范围为5℃至60℃,超调量小于16％,温度恒定时间小于50s.检测水汽连续工作24小时激光器中心波长未发生明显漂移,表明该系统具有良好的稳定性,为DFB激光器在红外气体检测领域的应用提供了性能保障.     

半导体激光器高精度稳频输出控制系统

为了在光纤干涉仪中得到光源高精度稳频输出,采用高稳定度的恒温控制以及功率稳恒控制方法,通过高信噪比的运算放大器、半导体制冷器,设计了一种激光电源驱动系统,并进行了理论分析和实验验证。其能为半导体激光器提供温度控制精度在±0.01℃,制冷驱动电流可达800mA,同时使得半导体激光器输出波长控制精度在±0.1nm,驱动电流最大输出可达180mA,输出电流的稳定度为10-4~10-5。结果表明,该系统不仅结构简单,而且温度控制稳定、准确度高,可使半导体激光器的输出波长保持稳定,保证了干涉型光纤传感器的测量准确度以及在通信领域中的应用。     

基于MAX1968的半导体激光电源设计

作为激光器重要组成部分的激光器电源,其输出不仅要求大电流、低电压、高稳定度,而且工作脉冲频率较高(可达50 MHz)。针对此目标,设计了一种个将5 V、4 A转换为2.4 V、3.3 A恒流输出的激光器电源输出转换电路,为激光器提供稳定的电流,并通过TTL控制电路使输出频率可调。除此之外,笔者本文还讨论了一种半导体激光温度控制电路的设计方案,采用高集成、高性价比和高效率开关型驱动芯片MAX1968实现热电致冷驱动电路,能够实时监视和控制激光器温度,以稳定激光器的输出功率和波长。     

SERF原子磁强计用半导体激光器驱动系统

在无自旋交换弛豫(Spin-Exchange Relaxation-Free,SERF)原子磁强计中,半导体激光器被用于极化碱金属原子和检测原子极化率,激光器出射光稳定与否直接关系到SERF原子磁强计的灵敏度,为了保证半导体激光器稳定工作,需要高性能的电流和温度控制单元。通过对激光器控制原理进行研究,以温度控制模块MTD415T和电流控制模块MLD203CHB为核心,通过"集成芯片+外部保护/降噪电路+上位机"的方式构建了一套半导体激光器驱动系统,实现了半导体激光器高稳定性的温度和电流控制,温度稳定性优于±5.0 m K,电流稳定性优于±2.1μA,同时相比较商用的控制器,体积大幅度缩小,促进了SERF原子磁强计的小型集成化。     

数字式半导体激光驱动电源控制系统设计

介绍了一种单片机控制的半导体激光驱动电源控制系统。通过恒流源及光功率反馈控制半导体激光器的工作电流;采用数字式温度传感器测温,半导体制冷器作为制冷元件,对半导体激光器进行恒温控制;同时还采用了一系列的保护措施,从而实现了半导体激光器光功率稳定、可靠、准确输出。     

分布反馈激光器温度与电流控制研究

为了精密控制分布反馈激光器的温度与电流, 采用数字信号处理芯片, 设计了分布反馈激光器驱动装置。通过该装置设定激光器温度和电流的参考电压, 经数模转换, 再通过温度和电流驱动模块, 馈入并驱动分布反馈激光器, 进行了实验验证。结果表明, 40min内温度变化极差与标准差分别不超过5mK和0.7mK, 电流变化极差与标准差不超过40μA和6μA; 驱动半导体光放大器, 关断时间小于1μs, 具有良好的瞬间响应特性; 该装置具有较高的温度和电流稳定性, 流控模块具有良好的瞬态特性, 能够精密控制分布反馈激光器的温度和电流。该控制装置可用于光腔衰荡光谱研究, 控制分布反馈激光器并驱动光放大器来关断激光。     

用于干涉测量的光栅外腔半导体激光器

研制了用于光干涉测量的单稳频、窄线宽光栅外腔半导体激光器(LD)。它由出光面镀有增透膜的单管半导体激光器、光束校正准直系统、闪耀光栅、注入电流驱动系统及温度控制系统组成。闪耀光栅作为外腔光反馈元件对单管半导体激光器输出的纵模进行选择，使之工作在单纵模状态。外腔的引入还使输出光的谱线宽度得以大大压窄。注入电流驱动系统为半导体激光器提供工作电流。温度控制系统由双层温控组成。第一层用于控制单管半导体激光器管芯温度；另一层用于及时带走第一层温控产生的热量，并消除环境温度影响，使外腔温度稳定。该温控系统可使所构成激光器的温度稳定在1‰℃量级。对研制的外腔半导体激光器的特性进行测试，其输出功率恒定、模式单一稳定、谱线宽度优于1．4MHz。     

大功率光纤激光器泵浦源LD驱动电源设计

根据大功率、低噪声半导体泵浦光纤激光器对于激光电源的要求,通过LD工作原理和输出特性分析,设计一种以ADuc842高速单片机为主控芯片的LD驱动控制电路。设计采用自动电流控制(ACC)和自动温度控制(ATC)的方式,实现LD的恒流源驱动和恒温控制。设计还引用了双限流电路、浪涌吸收电路及慢启动电路等一系列保护电路,提高了LD的抗冲击能力和工作稳定性。实验结果表明,电流输出稳定度优于0.5%,温度稳定度达到±0.1℃。     

光子晶体光纤压力传感器光源方案设计

文章推导出PCF压力传感器检测基本原理,设计出PCF压力传感器典型系统结构,分析了PCF压力传感器对光源的特殊性能要求,选择半导体激光器(LD)作为传感器系统光源。提出LD工作稳定性整体控制设计方案,采用路分析方法给出LD中噪声控制模块、功率控制模块、温度控制制模块和波长控制系统。在LD中通过噪声、功率和温度控制等能够有效保障LD工作稳定性,保障PCF压力传感器系统对压力测量的精确性。     

大功率半导体激光器驱动电源及温控系统设计

为了解决大功率半导体激光器的输出波长和功率的稳定性问题,设计了一套大功率激光器恒流驱动电源及温控系统。利用深度负反馈电路实现对激光器驱动电流的恒流控制,采用硬件比例-积分（Proportional-Integral,PI）温控电路结合恒流驱动,控制半导体制冷器（Thermoelectric Cooler,TEC）的工作电流,实现激光器工作温度的精确控制。所设计的驱动电源可实现输出电流0~12.5 A连续可调,同时具有电流检测、过流保护、晶体管-晶体管逻辑（Transistor-Transistor Logic,TTL）信号调制等功能。所设计的温控系统的控制精度可达到0.05℃,同时设定温度连续可调,温度可实时监测。实验结果表明该设计能够保证稳定的电流输出和温度控制,满足大功率激光器的使用要求。     

用于光纤测量的1310nm/1550nm半导体激光驱动电源

为了实现光纤的精确快速测量, 设计了一种高稳定功率连续可调的1310nm/1550nm半导体激光驱动电源。该电源采用电流串联负反馈技术组成精密恒流源驱动半导体激光二极管,恒温控制电路驱动半导体制冷器,从而保证了激光器输出功率的稳定。控制器局域网络总线电路实现激光源的功率连续可调及激光的选择,通过变速积分PID控制算法消除了积分饱和,加速系统温度的稳定。采用激光保护和软启动电路,实现半导体激光器可靠稳定运行。结果表明,半导体激光器工作在室温25℃时,温度稳定性达0.01℃,激光长期输出功率稳定度达0.018dB。相对于传统的1310nm/1550nm半导体激光光源,该光源稳定性高、稳定速度快、体积小,方便光纤在线测量。     

高精度半导体激光器驱动电源及温控电路设计

为了解决布里渊光纤传感系统中半导体激光器光源输出功率和波长易受驱动电流和温度影响的问题,设计了一种高精度恒流驱动和温控电路。该电路利用深度负反馈积分电路对激光器驱动电流进行精密的恒流控制,同时采用集成温度控制芯片MAX1978控制半导体制冷片的工作电流,实现对激光器工作温度的精确控制。结果表明,本设计实现了驱动电流0mA~100mA可调,电流控制最大相对误差为0.06%,电流稳定度为0.02%,温度控制最大误差为0.03℃,在温控的条件下,光功率稳定性达到0.5%,最大漂移量为0.005dBm。该设计实现了对电流和温度的有效控制,保证了输出光的稳定性。     

大功率半导体激光器高精度温控系统研究

为了减小温度对半导体激光器输出光波长和功率稳定性的影响,设计了由恒流模块驱动半导体制冷器,通过改变恒流模块的电流来控制半导体制冷器的制冷量,利用分段积分的比例-积分-微分控制算法,选择最优控制参量,实现大功率半导体激光器的精密温控系统。系统包括高精度测温电路、控制核心DSP F28335、半导体制冷器控制电路、人机交互及通信模块。在5℃~26℃环境下对系统进行测试,实现50W大功率半导体激光器的恒温控制,温控范围为15℃~45℃,温控精度达到0.02℃。结果表明,该系统温控范围广,控制精度高,满足大功率半导体激光器的温控要求。     

采用模拟PID控制的DFB激光器温度控制系统研制

以红外分布反馈激光器激发光源为核心的检测装置中,分布反馈激光器发光波长的控制精度及稳定性直接决定检测装置测量准确性。为此研发了一种采用模拟PID控制的分布反馈激光器温度控制系统。该系统采用模拟比例-积分-微分温度前向控制模块和温度实时后向采集模块达到控制温度的目的。温度控制实验中采用激射中心波长为2 049 nm的分布反馈激光器,结果表明,系统温度控制稳定性为0.05℃,稳定时间小于30 s。同时,利用所研制的温度控制系统对上述可调谐DFB激光器做了光谱测试实验,结果表明,当激光器驱动电流固定时,激光器激射波长与其工作温度呈线性关系。