基于FPGA的DFB激光器驱动电路的设计与仿真

为了提高DFB激光器驱动电路的可靠性和稳定性,设计了一款基于波长调制光谱技术的DFB激光器驱动电路。压控恒流源电路能够完成对激光器的恒流驱动以及其波长的粗调。利用FPGA生成直接频率合成器产生幅值为5V,频率为20kHz的正弦信号和频率为20Hz的三角信号,其可以对激光器的波长进行调制和扫描,进而实现对激光器的波长进行精确调谐。然后利用QuartusII软件对激光器的驱动电路进行了仿真。最后,对激光器驱动电路进行了模拟实验,结果表明输出电流与输入电压成线性关系,输出的电流与负载无关,达到了预期的设计目标。     

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.     

基于可调谐半导体激光器的甲烷气体监测技术

介绍了一种利用分布反馈(DFB)可调谐半导体激光器吸收光谱技术(TDLAS)实现甲烷气体浓度监测系统。不同于直接测量气体吸收前后光源强度的变化值,TDLAS通过提取二次谐波幅值信息,在频域换算气体浓度,因此具有更高的稳定性和精确度。同时对不同输出特性的DFB半导体激光器进行对比研究,分析光源的波长调谐特性及功率-电流特性对实际应用的影响。     

光纤甲烷温度双参数检测系统的研究

温度影响可调谐半导体激光器吸收光谱(TDLAS)式气体监测的准确性,研究了一种甲烷、温度同时检测的系统,两种参数互相校正,提高了气体监测的准确性,同时也提高了温度的检测精度。系统采用1653.7 nm中心波长的分布反馈(DFB)半导体激光器,采用锯齿波调制激光器使其波长扫描,同时扫描出光纤布拉格光栅(FBG)波长以及气体吸收强度,从而可以测出温度和甲烷两个检测量。温度检测可以校正由于温度变化引起的气体检测误差,同时,气体吸收线位置又可以为FBG进行准确的波长定位,使得温度检测精度更高。这种温度、甲烷双参数检测系统更加稳定可靠,更适合应用于煤矿开采和瓦斯抽采等领域。     

用于量子密钥分发的半导体激光器温控系统

由于量子密钥分发(quantum key distribution,QKD)系统对光源的稳定性要求极高,尤其是激光器发出光的波长和光强的稳定性,直接影响了系统的成码率。由此,针对分布反馈式(distributed feedback,DFB)激光器的温度特性,设计一种有效的温度控制系统。系统以 FPGA 为控制核心,采用增量式PID算法,对DFB激光器的工作温度进行实时监控。采用热电制冷控制芯片MAX8520作为半导体制冷器(thermoelectric cooler,TEC)的驱动芯片。利用集成于DFB激光器内部的负温度系数(negative temperature coefficient,NTC)热敏电阻构成温度采集模块,组成闭环负反馈结构。通过实验测试,温度控制精度可达±0.03 ℃,波长漂移可控制在0.01 nm以内。该温控系统具有电路体积小、效率高和可靠性高等特点,可为激光器提供稳定的温度控制,以保证QKD系统的光源波长的稳定性。     

TDLAS氧气检测中谐波信号特性研究

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术是一种具有高灵敏、高分辨、快速响应等特点的气体检测技术,利用半导体激光器可调谐、窄线宽特性,通过检测气体的一条吸收线实现气体浓度的准确检测.阐述了基于波长调制TDLAS技术的氧气检测方法,选择DFB激光器作为光源,通过检测760 nm附近氧气分子的一条吸收线实现了氧气在线监测,主要分析了谐波信号的特性及系统的线性响应.     

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。     

利用位置式数字PID 算法提高DFB 激光器驱动电源稳定性

由于分布反馈式(DFB)激光器输出光功率受其激射电流的影响,为了保证其稳定的光功率输出,研制了基于位移式数字PID算法的高稳定性DFB激光器驱动电源。在硬件设计方面,该驱动电源主要由控制器模块、恒流源模块和保护电路模块组成。采用模拟PI深度负反馈环节有效地提高了驱动电流的稳定性。在软件方面,采用位置式数字PID算法,消除了实际驱动电流值与理论值之间的微小差异。利用该驱动电源,对中心波长为1 563.01 nm的DFB激光器做了驱动测试。实验表明,长期稳定性(220 h)优于410-5,中心波长未出现漂移,为其在红外气体检测中提供了优越性能保障。     

可调谐激光器波长控制

文章介绍了可调谐激光器的波长调节及稳定控制的设计方法,并通过试验验证了其可行性.该设计由温度控制、偏置电流控制及锁波电路3部分组成,温度控制粗调波长,偏置电流控制微调波长,而锁波电路主要是针对外界温度发生变化时提供反馈.它适用于温度控制型分布反馈式 (DFB)可调谐激光器的外围电路设计.     

CATV光网络设备原理及应用 第八讲 1310nm光发射机的应用

(上接第 1 8期 )1 31 0nm光发射机输出 1 31 0nm波长的激光 ,一般都采用直接强度调制技术 ,其核心部件是DFB激光器组件 ;此外还有电源、激光器偏置电路、激光器慢启动电路、失真补偿及驱动电路、功率控制及致冷控制电路、过载保护及过驱动保护电路、光检测电路等。在直接调制光发射机中 ,射频信号经过RF放大、电控衰减和预失真补偿后 ,直接驱动激光器 ,使得光输出强度随着射频信号强度变化而变化。为使激光器稳定工作 ,ATC是必需的 ,一般把激光器管芯的温度控制在2 5℃ ;激光器的发光功率和非线性失真依赖于偏置电流 ,因此偏流控制与预…     

采用数模混合双闭环方法的DFB激光器驱动电源

由于驱动电流波动会影响分布式反馈式（DFB）激光器激射波长及发光功率,采用数模混合双闭环技术,以TMS320LF28335为核心控制器,设计并研制了一种高稳定性DFB激光器驱动电源。在硬件电路设计方面,该激光器驱动电源采用运算放大器深度负反馈原理,提高了系统的稳定性（优于410-5）。软件设计中,引入Ziegler-Nichols PID算法,消除了实际驱动电流值与理论值之间的微小差异（小于0.5%）。同时,该驱动电源具备防上电/断电冲击保护电路、延时软启动电路和过流保护电路等保护电路。利用该驱动电源,对中心波长为1742 nm的DFB激光器做了驱动测试。实验表明,在长时间（220 h）稳定性测试中,驱动电流稳定度优于410-5（RMS）,满足DFB激光器对驱动电流的要求,具有很强的实用价值。     

DFB LD在光声气体检测系统中的应用研究

针对选用分布反馈激光二极管(DFB LD)作为激励光源的光声气体检测系统,首先分析了温度和注入电流对激光稳定性(包括激射波长和输出光功率)的影响.然后提出了一种蝶形封装的DFB LD在光声甲烷检测系统中的应用方案.实验结果表明,该方案的温控系统和波长调制驱动模式可以产生稳定可靠的光声信号,具有一定的参考价值.最后根据现...     

基于超窄线宽激光器的多气体光声光谱检测研究

针对多组分痕量气体检测中精确度差、灵敏度低等问题,设计了基于光源波长扫描技术的光声光谱式多组分痕量气体检测系统。系统采用单一超窄线宽半导体激光器作光源,设计了一阶纵向共振式多光程吸收光声池,通过正弦信号对光源波长进行调制,并结合二次谐波信号检测技术和超窄线宽激光特性,有效地消除了吸收池内的背景噪声和光源抖动的影响,实现...     

多种气体一体化测量的光纤传感技术研究

基于气体在吸收峰波长下对光的吸收随浓度变化的原理,研制一种光纤式气体监测仪,根据被测气体的吸收峰对应的波长选择分布反馈式半导体激光器作为光源,采用不同频率的光源驱动电路实现对多种气体浓度的同时检测。对甲烷和乙炔气体浓度的检测实验表明,该系统具有一定的检测灵敏度和精度。     

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。     

1 310 nm波长光发射机的原理与维护

1310nm波长的光发射机，一般都采用直接强度调制技术，其核心部件是DFB激光器组件，此外还有电源、激光器偏置电路、激光器慢启动电路、失真补偿及驱动电路、功率控制及致冷控制电路、过载保护及过驱动保护电路、光检测电路等。在直接调制光发射机中，射频信号经过RF放大、电控衰减和预失真补偿后，直接驱动激光器，使得光输出强度随着射频信号强度的变化而变化。为保证激光器能稳定工作，ATC是必需的，一般把激光器管芯的温度控制在25℃。激光器的发光功率和非线性失真依赖于偏置电流，因此偏流控制与预失真补偿是光发射机中的关键部件。光发射机的载噪比和非线性失真指标取决于光调制度，因此光调制度的自动控制也是优良的光发射机所必需的。     

基于TDLAS技术的工业环境中HF气体在线监测

采用1．330μm附近波长的近红外可调谐分布反馈（DFB）激光器作为光源,结合波长调制技术和长光程技术,实时监测工业环境中的HF气体浓度。同时采用Allan方差分析系统的稳定性,选择利用非线性最小二乘法和防脉冲滑动平均滤波等技术手段,长时间测试结果表明,该系统具有实时、连续和非接触快速检测的特点,并且具有大范围、分布式...     

基于REC技术的DFB激光器阵列驱动电路的设计

为了实现DFB激光器阵列的智能化控制,提出了一种智能化、高精度、数字控制的驱动电路设计方案。该系统以单片机和FPGA为主要控制芯片,具有体积小、效率高、无冲击、开关保护等特点。DFB激光器阵列的输出可以由外部可调信号控制。该系统将模拟控制模型转化为数字控制模型,提高了驱动电路的性能。该系统能够实时监测DFB激光器阵列的温度和电流。电流的输出精度可以达到±0.1 mA,保证DFB激光器阵列稳定可靠地工作。该驱动电路有利于DFB激光器阵列的灵活使用。     

光纤甲烷气体传感器的研究

基于甲烷气体近红外吸收的机理,研究了一种高灵敏度易于实现的光纤甲烷气体传感器。分析了半导体激光器的调制特性和谐波检测的基本原理,建立了传感器的数学模型。系统采用分布反馈式半导体激光器做光源,气室采用小型渐变折射率透镜构成的气室,加入参考光路和参考气室,使光源输出的中心波长锁定在气体的吸收峰上,通过光源调制实现气体浓度的谐波检测,给出了甲烷气体测量的实验结果。     

模块化掺铒光纤宽带光源驱动电路设计

为了提高模块化宽带光源的稳定性,采用自动温度控制ATC电路和自动功率控制APC电路驱动泵浦激光器。实验结果表明,光源驱动电路可靠,输出光谱和光功率稳定,达到了预定的技术指标要求。该电路集成度高、体积小,能够满足宽带光源模块化需求。