半导体致冷器对SLD光源内部电场的影响

针对超辐射发光二极管(Super Luminescent Diode,SLD)光源输出光功率稳定性的需求,从光源的温控电路出发,建立了SLD恒流回路与半导体致冷器(TEC)之间的电场耦合模型,探讨了SLD光源的重要组件——TEC对其内部电场的影响;分析了光源内部不同组件间的分布电容.研究结果表明:温控电路产生的交流分量作用于光源内部半导体致冷器,产生时变电场,经分布电容耦合到恒流回路中,影响输出光功率的稳定性;SLD光源外壳接地良好,可减小分布电容,从而减小电场耦合对输出光功率的影响.     

利用导通电压降监测SLD的输出光功率

由于传统的光功率采集仪精度不高,在实验中无法明显地显示出光功率在短期内的变化,而采集电压的数据采集系统可以很好地解决这个问题。在分析1310 nm超辐射发光二极管(Super Luminescent Diode,SLD)光源的工作原理的基础上,设计了一种在恒温条件下控制驱动电流来使SLD稳定工作的驱动电路,进行了理论分析和实验验证,给出了利用SLD电压降监测输出光功率的新方法,取得了真实可靠的实验数据。通过SLD光源的驱动实验得出输出光功率与驱动电流和SLD两端电压降的相关关系,结果表明,输出光功率与电流具有良好的线性关系,与电压具有良好的正相关指数关系。利用采集电压降监测SLD的输出光功率,大大提高了测试精度和数据分辨率,同时为SLD退化寿命试验提供了新的电学参数。     

SLD光源驱动电路设计

SLD的输出光功率和中心波长会随着驱动电流和管芯温度的漂移而发生变化,所以为了获得稳定的输出光功率,光源就需要工作在稳定的驱动电流和稳定的环境温度下.采用"恒流源+温控"方案,并在温控电路中引入PID调节电路,利用闭环负反馈原理,设计了一个高精度的恒流驱动和温控电路,来提高光源的稳定性、可靠性和耐久性.     

光源功率对光纤电流互感器的性能影响研究

超辐射发光二极管(SLD)光源作为光纤电流互感器光路中唯一的有源器件,其长期运行稳定性直接影响着互感器的性能.文章主要从SLD出光功率衰减对光纤电流互感器输出固定偏置、变比和相位的影响机理进行理论推导,结果表明在非理想数字闭环情况下,随着光功率的衰减,互感器输出固定偏置增大;同时光功率的衰减会导致电流互感器的信噪比降低,进而导致互感器输出的比值误差和相位误差增大.并对理论结果进行了实验验证,实验结果符合理论分析,其中光功率衰减对互感器相位误差的影响最大.     

白光光源驱动与控制系统的设计与实现

现代光电检测技术中,光源光谱的稳定性对实验结果的影响很大.研究设计了一种白光光源的驱动与控制系统,该系统包括可控恒流源、保护电路、光功率自动控制和温度监控等部分.整个系统以单片机AT89C52为核心,结合外围电路,用数字控制技术代替模拟电路控制.软件设计中采用了PID控制算法,有效地抑制了输出光功率的漂移,改善了输出光功率的稳定性.     

1. 30μm2MQW2SLD 的性能与注入电流和温度的关系

全面测试了峰值波长为1. 30μm 的InGaAsP/ InP 多量子阱型超辐射激光二极管 (MQW2SLD) 模块的输出光功率、光谱和消光比随注入电流及温度变化的关系。得到:MQW2SLD 显示了软阈值特性。温度不变时,其输出光功率随注入电流的增大而增加;MQW2SLD模块的峰值波长随注入电流的增大而减小;注入电流不变时,其输出光功率随管芯温度的升高而减小;峰值波长随温度升高而增大。SLD 模块的3dB 带宽随注入电流的增大及管芯温度的升高而变化。注入电流大于阈值电流时,MQW2SLD 模块的消光比随注入电流和管芯温度的升高而增大。     

1.30μm-MQW-SLD的性能与注入电流和温度的关系

全面测试了峰值波长为1．30μm的InGaAsP／InP多量子阱型超辐射激光二极管(MQW—SLD)模块的输出光功率、光谱和消光比随注入电流及温度变化的关系。得到：MQW—SLD显示了软阈值特性。温度不变时,其输出光功率随注入电流的增大而增加;MQW—SLD模块的峰值波长随注入电流的增大而减小;注入电流不变时,其输出光功率随管芯温度的升高而减小;峰值波长随温度升高而增大。SLD模块的3dB带宽随注入电流的增大及管芯温度的升高而变化。注入电流大于阈值电流时,MQW—SLD模块的消光比随注入电流和管芯温度的升高而增大。     

光纤陀螺光源筛选与评价方法研究

针对光纤陀螺工程化对超辐射发光二极管(SLD)光源筛选的需求,开展了光源筛选和评价方法的试验和理论分析研究。通过构建光纤陀螺光源综合调试和检测系统,对SLD光源所有外部可获取特征进行了实时监测。测试和理论分析结果表明,SLD的离散特性主要受光源内部组件特性的影响;在散热充分的情况下,SLD的离散性可近似由TEC等效内阻、温控电流、热敏电阻温度系数和发光芯片功率来表征;SLD光源的常规评价指标与上述指标相结合,可更为完备地对光源进行筛选。另外,构建的光纤陀螺光源综合调试和检测系统也可直接作为光源筛选系统。     

SLD光源与温控电路匹配特性研究

针对光源与温控电路匹配问题,开展了光源组件特性的理论和试验研究,分析了影响两者匹配的原因及解决办法。研究结果表明:光源内部组件——半导体制冷器等效内阻RTEC、温控电流ITEC、TEC制冷/加热效率ε和热敏电阻温度系数β,是影响光源与温控电路匹配的主要因素;光源内部各组件特性受自身特性、工艺、散热条件和环境温度等多种因素影响,导致光源与温控电路的匹配也受相应因素影响;当散热充分时,光源与温控电路的匹配特征可近似用RTEC、β、SLD功率PSLD和ITEC表征;在接近光源实际散热条件下进行匹配测试,可提高光源与温控电路的匹配度,减少后期不匹配几率;不同批次、不同厂家生产的光源的组件特性差异较大,重新匹配和调整温控电路参数,可大幅提高光源利用率。     

精确紫外辐射定标中的稳功率光源系统

简述了精确紫外辐射定标中光源的选择,介绍了影响光源系统稳定性的因素及其解决方法,并着重讨论了稳功率光源系统的硬件实现方法.该硬件电路分为模拟电路和数字电路两大部分,主要采用三端稳压技术和单片机控制技术,不仅为光源提供了稳定的动力电源,还进一步利用光反馈电路更好地保证了光输出的稳定.实验结果表明,带有光反馈的恒压恒流直流电源发光稳定,为精确紫外辐射定标提供了高稳定度的紫外光源.     

基于PWM技术的SLD光源温控系统设计

为满足工程中对超辐射发光二极管（SLD）温度控制电路的低功耗设计需求,提出了一种基于数字脉宽调制（PWM）技术的控制方案,实现了SLD光源温控电路的低功耗设计。实验表明,该温度控制电路功耗低,稳定性高,满足了低功耗设计的工程需求,具有良好的实用价值。     

新型小功率半导体激光器驱动及温控电路设计

为了应对带钢激光平直度测量仪中半导体激光器（LD）输出光功率稳定性对平直度测量精度的影响问题,设计了一款高稳定度的LD恒流驱动、温控电路以及保护电路。系统以现场可编程门阵列（FPGA）为控制核心,利用深度负反馈恒流驱动电路实现对LD驱动电流的精准控制;基于ADN8830温控电路实现了对LD工作温度的有效控制;改进后的慢启动电路可实现LD驱动电流缓慢地线性增加到设定值,且准确控制慢启动时间;限流及静电保护电路能够实现激光器过流保护、有效避免浪涌电流和高压静电的损坏。结果表明,该电路可实现激光器驱动电流在0~75 mA连续可调,电流调节精度达0.025 mA,电流短期稳定度达0.014%,长期稳定度达0.016%;在控制工作温度为25 ℃时,输出光功率稳定性为0.205%。     

利用差频电路实现微电容式传感器检测电路的温漂抑制

介绍了一种本实验室开发的CMOS工艺的电容式传感器的接口电路。重点分析了基于施密特触发器的张弛振荡器接口电路,实现了敏感电容以及参考电容与频率的转换。通过对两频率求差来抑制各种共模干扰。对样片进行了测试,输出频率与理论值基本一致。最后对该电路进行了温漂特性的仿真和测试,验证了差频电路可以将电源波动和温度的影响完全抑制在精度的允许范围内。     

一种高电源抑制比和高精度带隙电压源设计

介绍了一种BiCMOS工艺制作的高电源抑制比和高精确度的带隙基准电压源,其输出电压为1.2 V,在-40℃~80℃范围内有较好的温度特性,温度漂移系数为9.8×10-6℃-1。采用电压负反馈原理和减少耦合电容的方法,使电路具有高的电源抑制比,并且电路结构简单,匹配性好。采用Hspice工具对电路进行了仿真,验证了设计的正确性。该电路能广泛用于在电源环境恶劣的场合下工作的集成电路中。     

光纤陀螺用SLD启动特性及影响研究

光纤陀螺的快速启动在军事、导航等领域极其重要,超辐射发光二极管(SLD)是光纤陀螺中启动速度最慢的器件.对SLD启动特性机理进行分析,采用高速数据采集卡对功率、驱动电流、温控电流和温度的变化情况进行了测试,得到了SLD的常温启动时间约为3～4 s,启动时的最大功率波动误差为4.5％,上电瞬间驱动电流上升时间约为0.3s,SLD的制冷电流与热沉温度存在0.12s的延迟,环境温度与理想温度偏差越大,启动时间越长,而且高温启动时间要比低温启动时间长.分析了不同温度下SLD启动对光纤陀螺附加零偏的影响,增加前放增益可减小附加零偏.     

压电振动能量收集电路的设计与实验研究

压电材料可将机械振动能转换为电能,但其产生的电能较小且具有交流特性,有必要建立储能电路将压电振动产生的电能储存起来并输出稳定的直流电。根据压电构造方程,建立压电振动能量收集系统的耦合场数学模型,对输出电压和最大输出功率进行数值模拟。设计与制作了一种以电容为储能介质的储能电路,通过电压比较器和电压调节器来保证稳定的直流输出。实验结果表明该储能电路能提供稳定的2.24V的直流输出电压,储能效率最高可达66.3%,并分析其能耗及误差产生的原因。     

中距离夜视激光照明器的设计

设计了一种基于MIC29302稳压器的功率可调式激光器驱动电源,实现了对激光器的直接强度调制。根据半导体激光器对注入电流的稳定性要求高和对电冲击的承受能力差等特性,对其驱动电路进行了设计;同时,给出了激光器的保护电路和温度控制电路,较大地改进了半导体激光器电源的可靠性,提高了半导体激光器的输出稳定性,延长了激光器的使用寿命。最后,给出了详细的测试数据,测试结果证明,该驱动电源有具体的指标和良好的性能。