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。     

功率稳定且波长可调谐的窄线宽分布式反馈半导体激光器

提出一种新型的分布式反馈(DFB)半导体激光器,该激光器具有宽带波长可调谐、线宽窄、功率稳定的特点。该DFB激光器芯片通过采用非对称相移光栅结构,有效地压窄了输出光信号的线宽。基于高精度的温度和电流控制,有效控制激光器内部载流子动态特性与材料折射率,使得激光器输出波长可以实现宽带调谐,并且输出光功率保持稳定。其中,电流控制精度为10μA,温度控制精度为0.004℃,激光器的波长调谐范围为3.5nm,输出光功率为7.4mW,边模抑制比为52.7dB,线宽约为220kHz。该激光器有望应用于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)的研究中。     

高稳定低温漂半导体激光器驱动的电子学设计

介绍了一种半导体激光器驱动系统,主要包括温度稳定控制电路、电流稳定控制电路和保护电路,给出了具体的参考电路。通过同时对激光器的工作电流及其温度进行精密控制,使得激光器能稳定工作。实验表明,该驱动控制的激光器在恒温(室温)下工作90min输出波长漂移不超过0.6pm 。外界环境温度10-50℃范围内,激光器输出波长漂移不超过16pm,适用于对激光器稳定要求高的场合。     

激光技术与应用

激光扫描显微镜的照明光学系统；有机半导体激光器的研发现状和课题；激光扫描共焦显微镜在内窥镜中的应用；对GaAs衬底上激光波长超过1．3μm的研究；氟化物光纤激光器及光放大器；激光植物工厂的现状和今后的发展；用微芯片激光器动态放大的泵浦激光二极管的频移光反馈；二极管激光器在具有宽光谱和温度接收带宽的KTiOPO4晶体中的Ⅱ类准匹配和频混频；内光损耗对具有量子限有源区的半导体激光器阈值特征的影响；宽带量子级联激光器的主动锁模；1．55μm分布反馈可调谐激光二极管的强亚泊松电噪声。     

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。     

新型半导体激光器驱动电源

设计了一种经济实用的半导体激光器驱动电源,具有自动电流控制(ACC)和自动功率控制(APC)两种控制方式.ACC控制利用电流采样反馈,从而使电流漂移最小、LD输出稳定性最大.APC 控制利用内接受光二极管,将其监测电流通过反馈网络与设定值比较,形成闭环负反馈控制.设计中采用纯积分环节作为驱动调节器,避免了系统超调和振荡,又由于积分调节器具有滞后特性,利用此特点,实现了激光器的慢启动.温控电路采用比例积分调节器,通过半导体制冷器,使激光器工作在恒温状态下,同时引入积分分离思想,进而抑制积分饱和.实验结果表明,该系统驱动电流的稳定度为满量程的±0.05%,温度稳定度为±0.1℃.     

光纤放大器抽运模块LD驱动电流源设计

为了实现光纤放大器的抽运模块驱动电源精度高、纹波系数小、转换效率高并具有一定保护功能,设计了半导体激光器的驱动电流源。该电流源由驱动、串口控制等模块组成。采用基于LM2676的开关转换方式,构建了转换效率较高的恒流源系统,并应用于LD驱动。经测试,通过LD的电流最大为2.5A,输出电流精度达到0.1%,转换效率可达85%以上,LC滤波电路使输出电流纹波减少至0.5mA;具有串口通信电流源控制系统,能够实现对驱动电流值的远程读取与设置。结果表明,该电流源达到理论设计要求,可应用于光纤放大器抽运模块。     

一种低压音频放大器的设计

基于CMOS工艺设计一种单声道、桥式(BTL)输出的低压音频放大器,工作电压为2.0～5.5 V。整体功能包含：基准偏置、共模偏置、开关控制、过温保护及功率放大器模块。芯片内部包含两个基准偏置电路：过温保护模块采用一个单独的基准偏置电路,其余电路模块共同使用另外一个基准偏置电路。电路发生过温保护关断时,过温保护模块可以保证电路随温度降低后的功能恢复。整体电路的开启与关断,受开关模块的控制,关断模式下所有电路实现静态关断。采用国内0.5μm CMOS工艺完成流片,测试结果表明：3Ω负载下最大输出功率3.3 W,关断电流0.6μA,失调电压15 mV,电源电流6 mA,电源抑制比60 dB。     

利用光反馈半导体激光器产生超宽带混沌脉冲信号

提出了一种基于光反馈半导体激光器的混沌特性产生超宽带(UWB)信号的新方法。一个商用的通信波段半导体激光器在外腔光反馈下实现混沌振荡,输出连续波混沌激光,经由一个电吸收调制器后,被调制为一系列混沌脉冲信号。该混沌脉冲信号的频谱特性可通过调节半导体激光器的偏置电流和反馈强度进行控制。实验分别获得了中心频率为4.0 GHz、相对带宽为181%和214%的混沌脉冲UWB信号。进一步数值仿真了偏置电流和反馈系数对混沌脉冲UWB信号频谱特性的影响,实验结果与模拟验证相符。该方法实验装置简单,UWB信号频谱特性易控,可用作未来UWB光纤无线通信系统的光生微波信号发生装置。     

高温环境下高功率半导体激光器驱动电源设计

半导体激光器驱动电源的性能直接影响着激光输出稳定性和激光器寿命。给出40℃高温环境下100w高功率光纤耦合半导体激光器模块的驱动电源设计方法,主要包括：恒流源设计、TEc双向温度控制器及相应的单片机控制器和保护电路设计等。该驱动电源实现了电流输出范围0～45A连续可调,电流控制精度优于1％;控温范围＋15℃～＋35℃,控温精度0．5℃。     

可调谐半导体激光器的精密控制系统设计

为了满足高精密测量领域对半导体激光器高稳定度的要求,设计了一种高稳定度、低噪声的半导体激光器控制系统。该控制系统由电流驱动和温度控制两部分组成,电流控制部分采用负反馈控制保持电流稳定,温度控制部分采用高度集成的MAX1978作为主控芯片,驱动半导体制冷器进行温度补偿。经过实验验证,电流在200mA范围内连续可调,电流控制精度高达1A,在3kHz~100kHz带宽内交流噪声有效值小于300nA,长期温度漂移小于2m℃。结果表明,该系统可用于驱动分布式反馈外腔半导体激光器和分布式布喇格反射半导体激光器。     

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。     

905nm InGaAs脉冲激光二极管驱动电流特性分析与测试

为了实现高功率905nm InGaAs脉冲激光二极管激光脉冲宽度和峰值功率可调,采用现场可编辑门阵列产生触发脉冲、集成模块EL7104C作为金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）驱动、以MOSFET为核心开关器件控制高压模块和储能电容之间充放电的方法,设计了脉冲激光二极管驱动电路,对驱动电流特性进行了理论分析和实验验证,取得了不同电容和高压条件下的电流脉宽和峰值数据,分析了具体变化关系,并以此进行了光谱和功率-电流特性测试。结果表明,影响驱动电流脉宽和峰值电流的关键因素是电容大小和充电高压,脉冲激光二极管驱动电流峰值在0A~40A、脉宽20ns~100ns时可控调节,脉冲激光二极管最大峰值功率输出可达40W,实现了脉冲式半导体激光器输出功率和脉冲宽度的可控调节。该设计与分析对近红外高功率脉冲激光器的可控驱动设计具有一定的实用参考意义。     

基于DFB激光器的楔形截顶光纤微透镜耦合结构

为了解决分布式反馈激光器的光发射次模块耦合封装中存在最大耦合效率局限的问题, 采用楔形截顶光纤微透镜代替分立式透镜的直接耦合的方法, 得到斜面倾角0.6rad、耦合距离60μm、半宽度15μm的楔形截顶光纤端面模型。在此基础上与分立式和直接耦合进行对比, 讨论了纵向、横向和角度偏移误差。结果表明, 纵向耦合距离在-21.45μm~56.79μm, 角向耦合角度在-8.3°~8.5°, 耦合效率始终大于70%;结构整体容忍度较高, 耦合效率达84.40%。该研究可为下一代分布式反馈激光器的次发射模块耦合封装器件提供新的解决方案。     

DFB激光器饱和吸收稳频的精密温控系统设计

相对于外腔半导体激光器,分布式反馈(Distributed Feedback Laser,DFB)激光器的温调率较高,为实现饱和吸收稳频,需要对激光器温度进行精密控制。分析了饱和吸收稳频系统的控温需求,基于MAX1978芯片设计了精密温控系统；利用恒流源对测温电桥电路进行了线性优化,利用遗传算法对模拟PID电路参数进行快速整定,系统最终实现0.2mK的控温稳定度,比同类设计的稳定度高1~2个数量级,解决了饱和吸收谱线明显晃动的问题,具有广阔的应用前景。     

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。     

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%。     

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。     

Phase-Controlled Apertures Using Heterodyne Optical Phase-Locked Loops

In this letter, we demonstrate the use of an electronic feedback scheme using a voltage controlled oscillator (VCO) to control the optical phase of individual semiconductor lasers (SCLs) phase locked to a common reference laser using heterodyne optical phase-locked loops (OPLLs). The outputs of two external cavity SCLs phase-locked to a common reference laser are coherently combined, and the variation in the relative optical path lengths of the combining beams is corrected by dynamically changing the phase of the offset radio-frequency signal fed into one of the OPLLs by means of a VCO. A stable power combination efficiency of 94% is achieved. This inherently different method of phase control, i.e., electronic rather than the use of electrooptic crystals, is deemed essential for new applications involving coherent optoelectronics.