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。     

半导体激光器驱动电路及温控系统设计

半导体激光器(LD)应用越来越广泛,但是激光器对工作环境要求非常苛刻,为保证激光器正常工作,设计了激光器驱动电路及温控系统,通过电流负反馈设计高稳定性的恒流源电路,实现了 0.5％的高稳定度电流输出, 延时电路实现电路延时500ｍｓ启动,有效防止电流浪涌可能对激光器产生的危害,利用继电器设计出保护电路?实现电路过流保护,基于 MAX1978设计的温度控制系统可以实现高精度的温度控制,并可达到温控范围连续可调,温度波动范围低于 0.08℃。     

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。     

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℃。     

VCSEL激光器抗干扰温度控制

由于VCSEL具有低功耗、小体积、高调制频率和容易集成等特征,被广泛应用于磁探测领域之中。作为一种高精密的传感器,原子磁强计在测量磁场过程中由于激光器的输出不稳定导致测量精度下降。针对环境等干扰导致激光器的输出不稳定问题,设计了一种可以抵抗环境温度变化的控制器。首先,通过带DSP内核的ADAU1401A芯片与DPSD方法实现了高分辨率温度解算;然后,通过系统辨识的方式建立温控数学模型;最后,应用干扰观测器与内模控制原理设计出抗扰动、低超调、鲁棒性的控制器。实验结果表明:在70 ℃温度下, 存在干扰的控制精度为±0.003 ℃,常温下控制精度为±0.001 5 ℃,为激光器稳定输出与高精度磁场测量奠定了基础。     

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。     

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。     

一种高效率的新型激光器温度控制与功率驱动电源

为了满足低成本、高效率、高精度的需要,设计开发了一种半导体激光器基于PWM功能的驱动直流恒流源和恒温控制电路,并实现了单片机程序控制,可以满足单机操作、现场控制和远程控制等各种需求。文章设计的激光器驱动恒流源和恒温控制电路操作方便,显示直观,控制精度高,输出特性好;可以最大提供3A的恒流驱动电流和温控电流,激光器输出功率稳定性小于0．01dB,温度稳定性小于0．01℃。     

应用于低噪声DPSL的高精度温度控制器

在LD泵浦固体激光器（DPSL）系统中温度变化对光电器件及腔参数影响明显,这对器件的温度控制提出了高精度和高稳定性的要求。给出了基于MAX1968专用控制芯片研制的一种高精度温度控制系统,采用半导体热电制冷器（TEC）作为温控器件,AT89C52单片机作为核心控制,通过PID处理优化温度控制,实现控温精度±0.02 ℃。该温控器还可提供高达3 A的电流驱动TEC,双向电流驱动可提供制冷和制热,以保证系统快速达到热平衡。该系统应用于低噪声DPSL系统,可使DPSL系统的光功率噪声小于1%。     

极光成像仪滤光片高精度温度控制系统设计

针对广角极光成像仪滤光片组件的温度控制需求,设计了一种高精度温度控制系统。使用铂电阻作为测温传感器,测温电路可以达到0.05℃的温度采集精度;使用DSP作为主控制器,实现了滤光片温度的全数字控制;使用恒流源电路作为加热片的驱动控制电路,实现了加热功率的高精度、低噪声控制;建立了滤光片组件温度控制系统的数学模型,结合实际系统的阶跃响应曲线辨识得到系统模型参数,设计了系统的控制器,进行了仿真,给出了控制器的性能曲线;通过滤光片组件温度控制系统实验对控制器参数进行了整定,得到了优化的控制器参数。最后,给出了系统的实际温度控制结果,表明系统能够实现滤光片的高精度温度控制。     

用于SERF原子磁力仪的DFB激光器温度控制系统

由于分布反馈式（DFB）激光器的工作温度会影响其激射波长,降低无自旋交换弛豫（SERF）原子磁力仪的磁场测量灵敏度,以TMS320LF2812为核心控制器,采用数字比例-积分-微分（PID）控制技术,设计并研制了一种高精度、高稳定性DFB激光器温度控制系统。在硬件电路设计方面,由温度控制前向通路和温度采集后向通路组成,构成完整的闭环温度控制结构。软件设计中,采用Ziegler-Nichols工程整定方法,实现对P、I和D三个参数的整定。以中心波长为852 nm的DFB激光器为被控对象,利用该温度控制系统对其进行了温度控制实验。实验结果表明:系统的有效控温范围为5～60℃,控温精度为0.02℃,稳定时间为20 s。并且在长时间（220 min）测试中,DFB激光器工作温度稳定性优于7.910-4（RMS）,为其在SERF原子磁力仪的实用化方面提供了性能保障。     

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.     

辐射定标光源多路LED恒流驱动设计

为应对积分球辐射定标光源系统中LED阵列的电流稳定可控性对积分球开口处光谱匹配度的影响,设计了一款多通道、高精度以及高稳定性的LED电流驱动电路。该电路是一种压控恒流驱动电路,可通过模拟调光的方式实现对LED阵列驱动电流的线性控制,其以FPGA为控制核心,通过SPI接口对AD5371芯片寄存器进行读写操作,通过AD5371数模转换电路实现对LED驱动电流的高精确度控制。基于循环液体制冷设备和水槽制冷底座实现对LED阵列的温度控制。实验结果表明,该电路可实现LED阵列驱动电流在0~1050 mA连续线性可调,电流调节精度可达量程的0.14%。在控制LED灯座温度为10 ℃时,LED输出光光谱稳定度为0.2%。     

CPT原子钟垂直腔面发射激光器驱动电路设计

设计了一种输出电流范围在0~2 mA,用于驱动垂直腔面发射激光器(VCSEL)的恒流源电路。电路设计采用负反馈原理,可输出一个稳定的电压,该电压经过电压电流转化为恒定电流。为使输出电流更加稳定,在电路中加入现场可编程门阵列(FPGA)芯片EP4CE10F17C8组成控制电路。芯片通过采集负反馈的输出与预定值比较,得到误差量反馈到负反馈模块,调整负反馈电路的输入电压,从而使电路输出实现长期稳定。最后对电路输出性能进行测试,测试结果表明电流的纹波系数为0.01,电流稳定度为±0.02 mA。在驱动电流为1.2 mA、激光器工作温度为60℃时,用波长计测试激光器输出波长为795 nm,同时测得的吸收谱线也表明激光器输出波长在795 nm附近。因此,该恒流源电路可用于驱动VCSEL输出稳定波长。     

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。     

高稳定度光纤耦合半导体激光器恒流源电路设计

光纤耦合半导体激光器多用作高功率光纤激光器的泵浦源,它对电流波动十分敏感,为了确保其波长与输出功率的正常,设计了一款高稳定度恒流源电路。此恒流源电路采用闭环反馈控制,使MOS管工作在放大区来输出恒定电流,采用带有透孔的厚膜电阻作为采样电阻,其耐压高、阻值范围宽、散热能力强,大大提高了恒流源电路的稳定性,电路实现0~20 A电流可调。鉴于一般恒流源电路启闭时间较长,此电路在运放与MOS管之间加入晶体管来放大信号,缩短电路启闭时间,同时在设计中增加模拟开关电路来精确控制信号。经实验测试,此恒流源电路开启、关闭耗时较短,分别是4.5 ms与6.5 ms,恒流板结构散热能力较强且稳定,耐高温性好,电流稳定度较高,达到10-3量级,使用此电路设计的电源作为光纤耦合半导体激光器的激光电源时,激光器的中心波长与输出功率均较为稳定。