光纤耦合激光器驱动与控制技术研究

针对一种将多个半导体激光器(LD)芯片串联驱动,通过光纤耦合进行功率合成,构成光纤耦合高功率输出激光模块的特殊驱动要求,研发了小型化高效率激光电流源组件和小型化高效率半导体制冷(TEC)LD模块温度控制组件。组件工作温度范围为-45℃～55℃,实验证明达到了设计性能指标要求。建立了LD模块驱动电流源电路的数学模型,提出了LD模块电流源控制电路的数字化实现方法,并利用ADuC831单片机实现了数字化设计。给出了一种基于TEC的LD模块温度控制组件的结构,建立了简化、实用的温度控制系统数学模型,对TEC的性能系数ξ、控制端的热量Qc和TEC的工作电流I进行了寻优控制,减小了激光器输出波长随温度的漂移。     

2μm全光纤结构铥钬共掺光纤激光器

为了实现高效、全光纤化的2μm激光输出,采用中心波长为1569nm附近的级联双包层铒镱共掺光纤放大器来抽运铥钬共掺单模光纤、1550nm/2000nm波分复用器、光纤耦合器构成的环形腔全光纤激光器。当915nm LD抽运驱动电流为6.9A时,获得的最大输出激光功率为57.23mW,斜率效率约为12%,线宽约为4.5nm,阈值抽运功率约为180mW。结果表明,该光纤激光器性能可靠,其在光纤传感、激光医疗等领域将有巨大应用前景。     

两相两重斩波变换的半导体激光器电源研究

为了提高传统线性半导体激光器电源的电能转换效率、输出电流的动态响应以及对负载电压的自适应能力,采用两相两重斩波变换技术,设计了一种半导体激光器用2kW直流驱动电源。测试并分析了该电源在激光系统中的静态特性、动态特性以及两相两重斩波变换电流源的效率。结果表明,电源对负载电压自适应能力强,具有较好的矩形输出特性;直接驱动激光二极管模块时,该电流源的电能转换效率高达93%,输出电流0A~100A的上升、下降时间仅为0.5ms,电流纹波系数小于0.03%。     

1.6kW全光纤掺镱激光器

高功率全光纤连续激光器以其转换效率高、光束质量好、热控管理方便和结构紧凑灵活等优点,成为国际激光技术领域的研究热点之一。最近,清华大学光子与电子技术研究中心成功实现了全光纤连续激光器1.63kW激光输出。高功率全光纤激光器采用种子源加两级级联放大器方案,结构原理如图1所示。光纤种子源模块由LD抽运耦合器、双     

大功率半导体激光器驱动电路

为实现30 W连续掺Yb光纤激光器,设计一种大功率（10 A）半导体激光器（LD）的驱动电路,该恒流源电路采用功率场效应管作电流控制元件,运用负反馈原理稳定输出电流,正向电流0 A～10 A连续可调,纹波峰值为10 mV,输出电流的短期稳定度达到1×10-5,具有过流保护、防浪涌冲击的功能。实际应用在30 W连续掺Yb光纤激光器中,结果表明该驱动电路工作安全可靠。     

Er3+/Yb3+共掺双包层光纤放大器实验研究

对1550nm高功率窄线宽光纤放大器进行了实验研究。该放大器采用双级放大(MOPA)结构, 其中第一级预放采用5 m长的掺Er3+光纤, 将种子光信号放大到约90 mW; 采用15 m长的Er3+/Yb3+共掺双包层光纤放大器作为二级放大, 抽运源采用2支工作波长为980 nm的大功率激光二极管(LD), 抽运阈值功率约1.3 W。 当抽运功率为10.8 W时, 得到放大激光输出功率为1.97 W, 光-光转换效率为18 %, 斜率效率为21%, 增益大于13 dB。所采用的种子光源为1550 nm单频窄线宽(DFB)LD, 输出功率为10 mW; 采用延迟自外差方法对种子源及放大器输出的线宽进行测量, 测量结果显示该种子源及放大后的激光输出的3 dB线宽均约为220 kHz, 在目前的实验条件下, 没有观察到放大后的激光线宽展宽现象。     

电光调Q双脉冲输出Nd:YAG全固态激光器

设计了激光二极管(LD)双端面抽运传导冷却复合Nd:YAG晶体电光调Q激光器,实现脉冲间隔可调的双Q脉冲输出。用两个光纤耦合输出的LD模块作为抽运源,偏硼酸钡(BBO)晶体作为Q开关,在一个抽运周期内两次启动Q开关,获得脉冲能量大于14mJ,脉宽小于等于18ns,脉冲间隔200～230μs可调的双Q脉冲输出,激光器重复频率50Hz,光-光转换效率达到24%。探索了用磷酸二氘钾(KD*P)调Q晶体开关实现稳定双脉冲输出的可行性,通过抑制压电环效应,消除子脉冲现象,最终获得脉冲能量约11mJ,脉宽小于等于18ns。     

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。     

负电荷泵LED驱动芯片的设计与实现

设计了一种负电荷泵低压差电流源白光LED驱动芯片.基于负电荷泵原理,消除了传统正电荷泵结构中电流调整晶体管和地焊盘的寄生电阻,电流调节模块中电流源的压降可以达到80 mV的超低压状态,降低了损耗.采用脉冲信号和使能端设计控制LED驱动电流,可在2.8～5 V工作电压内提供1.25～ 20 mA范围内16个不同的恒定驱动电流,实现LED灯的16级不同亮度的调光功能.电荷泵的输出纹波几乎不会影响LED的亮度与色差.采用CSMC 0.5 μmCMOS工艺完成了芯片的设计.流片测试结果显示,在芯片工作电压范围内,LED电流变化的最大差值为0.4 mA,测试效率达到89.3％,满足高效和稳定的应用要求.     

百瓦级掺镱双包层光纤激光器

高功率掺镱双包层光纤激光是近年来国际上固体激光技术中的一个热点领域 ,它具有光束质量好、结构紧凑、转换效率高等优点 ,在工业加工和国防军事等领域有着广泛的应用前景。最近 ,我们在 5 0W双包层光纤激光研究的基础上 ,通过改进抽运端面处理工艺和优化抽运耦合系统 ,有效地提高了抽运耦合效率 ,使双包层掺镱光纤激光输出功率又上升到一个新台阶 ,最大输出功率达 112W。我们采用单波长单端抽运的方法代替国际上常用的双端抽运方法 ,从而使激光器结构更紧凑。所用的抽运源为准直输出的大功率LD模块 ,输出中心波长约在 975nm附近 ,LD采…     

半导体激光管驱动电源设计与实现

为提高半导体激光器光功率输出稳定性,并保证激光器安全、可靠工作,设计了半导体激光器的驱动电源。驱动电源主电路采用同步DC／DC方式,输出效率高;驱动电路可以产生200kHz触发脉冲,降低了输出电流的纹波,保证激光器输出功率稳．定;驱动电路带有过压比较器及过流比较器,保证激光器安全工作。经过仿真和实验表明：该驱动电源在20A工作时效率达到85％以上．纹波小于5％。     

High power laser diode driver based on power converter technology

This paper describes the design of a high speed semiconductor laser diode driver designed for driving 500 mW to 1.5 W diodes at full optical power modulation up to frequencies of 10 MHz. The duty cycle of the modulation may be varied. A switching power-converter based current source allows a higher power delivery efficiency to the diode than in previous designs, allowing for a more modest power supply and dissipation requirements. A dynamic ripple cancellation circuit reduces the power converter output current ripple to less than 1% of full-scale current. The circuit is capable of delivering up to 2.5 A to a laser load, with a 10-90% switching risetime from laser threshold to full on of less than 20 ns     

光纤激光器泵浦源驱动电路的设计

根据通信用光纤激光器泵浦源的要求,结合半导体激光器的特性,设计了一款高性能、低成本的激光器驱动电路(包括恒流电路、控制电路和保护电路)。恒流电路采用达林顿管作为调整管,利用集成运放的深度负反馈实现恒流输出。经实验验证,本设计系统恒流源稳定度达0.03%,纹波较小,可实现对光纤激光器泵浦源激光二极管(LD)的驱动。     

大功率半导体激光器恒流源设计

为了满足K98SA3F-30.00W-R型号(工作电流12A,纹波系数要求小于0.05%)半导体激光器对高功率、高稳定度的需求,设计了恒流源驱动电路,主要采用电流模式同步降压开关控制芯片LTC1625、电流检测放大芯片LT1620、功率场效应管IRF7811、数字电位器AD5231和π型滤波器使电路实现高效率、高精度、高稳定度的电流输出.通过LTspiceⅣ软件进行了模拟仿真,当电路工作在恒流模式时,输出电流在0～20A之间连续可调,最小可调步进电流值0.061A,电流纹波系数可达0.001%以下.结果表明,该恒流源完全满足K98SA3F-30.00W-R型号半导体激光器的应用要求.     

半导体激光器驱动电路的光功率控制的研究

介绍了数字控制式半导体激光器驱动电路的设计，包括温度控制系统和光功率控制系统。该系统以单片机为核心，结合外围电路，以数字控制技术代替以往的模拟电路，易于控制，精度高。对光功率控制系统也以单片机为核心，配合外围的功率采样电路和电流驱动电路．同时使用PD控制算法，控制电源电流，从而控制激光器光功率输出。在PD参数整定时，采用了工程实验法多次实验调试确定参数。建立数学模型，从而实现软件控制。为了提高控制的精度，把功率范围分为9段，对每一段都整定了一组参数，从而将光功率误差控制在0．02W内。所设计的驱动电路精度高，实时性好，达到了设计要求。     

大电流长脉宽LD激光器驱动电源的研制

本文主要介绍了一种大电流长脉宽半导体激光器骄动电源的设计方法。根据大功率脉冲型LD的工作特性,作者设计了一套采用L—C串联谐振的恒流充电电路与大功率金属氧化层半导体场效应管（MOSFET）线性控制脉冲放电电路相结合的驱动电源。此电源满足了输出脉冲电流幅值、脉宽、重频、调Q精确延时均方便可调的要求;并且辅助以片上系统（soc）单片机和CPLD为核心的控制电路,使电源电路具有结构简单,控制灵活,精度高等特点;同时结合多路在线实时保护电路,有效保证了LD的安全工作。该电源已经成功应用于“XX装置”预放大器项目。     

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。     

基于TPS40055控制的新型同步BUCK电路设计

针对传统电源驱动电路启动慢,效率低,工作电流小,而目前光纤激光电源技术进入高集成化、高响应发展趋势的特点,提出了一种基于TPS40055控制的新型同步BUCK电路设计,可实现PWM及电流可调3路直流电源输出,各路电压分别为3.3V、5V、10 V,电流为0～11 A可调,能驱动不同型号大功率光纤激光器工作.从电路总体方案、工作原理、参数设计及优化等方面介绍此新型电源电路设计.结果证明,该设计能提供高效、可靠、稳定的激光器直流电源.     

基于FPGA的半导体激光器驱动电源的研制

半导体激光器驱动电源的性能是影响其工作特性的重要因素,提高LD驱动电源性能的研究具有重要的意义。提出了一种新型的基于FPGA技术的半导体激光器驱动电源设计方案,以FPGA为控制核心,LD驱动电源的AD/DA转换、温度PID控制、恒定电流驱动、LD保护及人机交互等功能模块电路均在FPGA的控制下协调工作。设计并实现了基于FPGA的LD温度控制与电流驱动电路,测试结果表明当LD的工作温度在20-30℃时,其工作温度稳定度优于±0.03℃,驱动电流的恒定度达到±0.1％。     

100W风光互补LED路灯驱动电路设计

随着节能环保产品的推广,风光互补LED路灯以其独特的优势走入了人们的视野。风光互补系统和LED路灯的结合对LED驱动电路的设计产生了很大的挑战。目前采用单开关管DC/DC LED驱动控制器进行供电虽然能满足要求,但是功率不能达到很高,并且不能实现输出短路保护功能。为了输出短路保护功能并且达到较高的功率,设计了一种基于LT3791的4开关Buck-Boost DC/DC LED驱动控制器。此电路可由12/24 V蓄电池供电,输出功率可达100 W,恒流精度可达到±6%,效率可高达98.5%。输出能够达到70 V/2 A。该设计经测试能够达到设计要求,在实际生活中应用来满足夜晚照明需求。