可调谐半导体激光器压电驱动系统的优化设计

针对可调谐半导体激光器中普遍存在的输出光频率无跳模调谐范围小、扫描频率低、结构复杂等亟待解决的问题,研究了可调谐半导体激光器内部压电驱动系统的动力学特性。基于提高回转精度、降低轴心偏移量的设计目标,提出了一种多叶片并联的星型柔性机构结构。基于Lagrange方程和Duhamel积分,分别建立了压电驱动系统的运动微分方程和振动方程,在此基础上建立了柔性机构的动力学模型并对其结构参数进行了优化。最后,搭建了压电驱动系统动态特性测试平台,测试了压电驱动系统的机械响应特性以及可调谐半导体激光器的输出光可调谐范围。实验结果表明,压电驱动系统一阶固有频率为2187 Hz,柔性机构最大轴心偏移量为0.947 mm。在可调谐半导体激光器无跳模调谐性能测试中,当调谐频率为20 Hz时,实现了103.5 GHz的无跳模调谐范围。     

引信激光装定用脉冲半导体激光器电源设计

在引信激光装定系统中，针对引信装定信息时脉冲半导体激光器，电源激光频率可调（PFM）、功率可调（PPM）的要求，结合半导体激光器的工作特性，设计一种以单片机（MCU）为控制芯片，以晶体三极管与场效应管为窄脉冲驱动电路的大功率半导体激光器电源。同时为电源驱动电路设计了DC-DC变换器。其中，激光频率设置为连续可调，激光器的驱动电流6～30A连续可调。该电源已应用于引信激光装定系统中，通过仿真与实验验证，该激光器电源工作正常、性能稳定。     

基于ADRC的半导体激光器温度控制的仿真研究

半导体激光器是热敏感器件,长时间的工作会造成热量积累和温度升高,进而影响其输出光的功率和波长。因此有必要控制半导体激光器温度。该文分析了半导体激光器的温度控制原理并建立半导体制冷器(TEC)的数学模型,再在MATLAB/Simulink中设计自抗扰控制器(AD-RC)并实现半导体激光器温度控制系统的建模。仿真结果表明,ADRC控制器能较好地控制半导体激光器温度。     

基于参数辨识的半导体激光器温度自动控制

以保证半导体激光器的安全稳定运行为目标,提出基于参数辨识的半导体激光器温度自动控制方法。通过分析温度对半导体激光器的影响及温度控制原理,设计半导体激光器温度控制系统,在该系统支持下利用半导体激光器温度控制数学模型描述其一阶纯滞后性,根据半导体激光器的热传递性获取半导体激光器的离散运行数据,建立半导体激光器参数辨识模型,确定其最佳预估量,并将其输入到 PID 中,利用遗传算法对 PID 参数进行实时调节,以满足半导体激光器温度变化量对 PID 参数的自整定需求,实现半导体激光器温度自动控制的目标。实验结果表明,该方法可实现半导体激光器温度的快速控制,能够快速达到预期温度,温度波动范围在 0.02 ℃ 以内,温度控制后的半导体激光器发光光谱波形平稳,能够保证半导体激光器的安全稳定运行。     

半导体激光器系统设计

介绍一种半导体激光器的设计方法,即采用littrow结构激光头、双层温控、精密恒温、PDH压缩线宽来进行总体设计,并详细地给出了激光头littrow结构的设计与加工细节,得出电流、温度精密可调可控的小型化半导体激光器装置。     

光纤传感测量中耦合系统的设计

根据光纤传感测量中光源的选取原则,将半导体激光器作为光纤传感器的光源并选取单模光纤作为尾纤,基于光学设计软件Zemax纯非序列光学系统,设计了一种半导体激光器与单模光纤的耦合系统。通过分析半导体激光器的光束特性及半导体激光器与单模光纤的耦合模场理论,由一个球透镜和一个准直透镜构成组合透镜耦合方式,达到提高耦合效率和容忍度的目的。设计时在非序列光学系统下进行了百万次光线追迹,仿真得到所设计系统的耦合效率为78%左右,而实验测试结果为69.11%,由此对误差产生的原因进行了分析。     

半导体激光自动锡焊系统的研制

为开发激光软钎焊技术,研制了一种半导体激光自动锡焊系统。定位系统采用步进电机驱动三轴运动平台,控制系统以可编程控制器为核心,实时控制运动平台的运动及精确定位。设计了半导体激光器的电源模块,实现了恒流源激励输入、稳定功率的激光输出。研制的半导体激光自动锡焊系统实现了工位的精确定位、快速响应及送锡与激光加热相协调。焊点焊接质量良好,焊接效率高,对实际生产有重要的推广应用价值。     

半导体激光器波长温度特性的建模与试验研究

在半导体激光器的干涉测量中,半导体激光器作为系统的光源,其波长稳定性会影响测量系统的性能。为了定量地研究温度对半导体激光器波长的影响规律,首先,从激光器的内部机理出发推导激光器波长随温度变化的模型表达式,并通过MATLAB对模型进行仿真;然后,对不同温度下的激光波长进行试验测量;最后,通过仿真与试验数据验证了模型的有效性,并得出激光器波长随温度升高而变长、变化规律近似为线性的结论。     

半导体激光器温度控制系统设计与算法仿真

针对半导体激光器冷却系统体积大、温控精度不高的缺点,采用ARM微处理器配合集成数字温度传感器、半导体制冷器和液晶显示器等设计一个半导体激光器的温度控制系统,建立系统的数学模型,并对其控制算法进行深入研究.同时使用MATIab进行仿真,并进行定性定量的分析比较,提出在ARM芯片中使用模糊PID-Smith算法的温控方案,以提高所设计的温度控制系统的控制精度和稳定性.     

脉冲激光眼科治疗仪控制器设计

文章介绍了医用眼科激光治疗仪控制器的设计。采用半导体泵浦Nd:YAG激光器,激光器有脉冲、连续两种工作方式。工作于脉冲方式时,单片机定时器产生脉冲控制激光器的工作频率;控制器使用数模转换器产生电压信号,驱动功率控制模块来控制激光器的功率;使用彩色触控液晶模组设计人机界面,通过触控屏来选择工作方式和设置工作参数;对关键电路进行了分析说明,给出了程序设计流程图。     

均匀光强分布的5kW半导体激光硬化光源研制

随着半导体激光自身输出功率和转换效率的提升,半导体激光已经广泛的应用于激光加工领域。本文针对目前激光加工领域对半导体激光硬化光源的需求,研制了波长为976nm的连续输出半导体激光硬化光源。该光源采用空间/偏振合束工艺达到了较高的合束效率,采用柱面微透镜阵列分割与聚焦镜复合较好地匀化了巴条激光器慢轴方向固有的光强起伏,使聚焦光斑的光强呈平顶分布。最后对该光源进行了实验装调和测试。结果表明,在工作电流为93A时,光源的最大输出功率为5 120W,电光转换效率达47%,光斑尺寸为2mm×16mm,光斑分布为平顶分布,平整度大于90%,满足工业中对大面积、高效率激光硬化的要求。     

激光干涉微轮廓测量仪

基于Michelson干涉仪测量原理研制的微轮廓测量仪,载物平台采用步进电机和压电陶瓷(PZT)两级闭环驱动与定位,步进电机用于快速粗定位和扩大测量范围,压电陶瓷用于精密定位,重复定位精度为10 nm;测量光路采用共干涉系统,对机械振动,温度漂移不敏感;测量范围20 mm×20 mm×0.4 mm,纵向分辨率为0.32 μm,横向分辨率为0.5μm.     

卧式板型直线超声电机的微型化

基于L1B4板型直线超声电机,研制了一种外型尺寸为36mm×5mm×4mm的卧式板型微型直线超声电机。论述了电机的工作原理和运行机理,使用解析法和有限元法进行了微型化结构设计,分析了定子的振动模态,并实现了频率简并。通过模拟压电激励的动态频率响应,对比了样机的5片压电陶瓷布置方案和常用的两片压电陶瓷布置方案的共振位移响应曲线,证实了采用5片压电陶瓷布置方案增大了输出端点处产生的振动位移。样机特性测试实验表明,当激励信号电压为150Vpp,频率为62kHz时,电机最大速度为183.7mm/s,输出推力为50mN。预期该电机可以用于电机安置空间比较狭窄且需要一定动力的直线驱动场合。     

两维快速控制水冷反射镜装置设计

通过对高功率激光发射系统中,从激光器到发射系统的强激光通道内光束传输质量的分析,发现了影响光束传输精度的原因。设计了一种新型两维快速控制水冷反射镜装置,解决了强激光传输方向的精确实时控制和校正光束整体倾斜方向的问题,实现了减小镜面热畸变提高光束质量的功能。试验测试结果表明,两维快速控制水冷反射镜装置工作稳定、可靠;具有质量轻、转动惯量小、行程小、谐振频率高、响应速度快、动态滞后误差小等优点。此装置设计合理,具有应用推广价值。     

陶瓷微板热隔离半导体气体传感器阵列设计与实现

具有高浓度、挥发性、强氧化性的液氯、氮氧化物等危化品泄露、爆炸的安全检测一直是一个难点问题,要求检测传感器具有较宽量程和抗腐蚀设计。基于Al N陶瓷的微热板半导体气体传感器阵列设计,采用耐腐蚀的Al N陶瓷为衬底,物理化学性能稳定的Pt膜作为信号和加热器电极,经杂化修饰的In-Nb复合半导体氧化物为敏感材料,结合柔性光刻剥离工艺和激光微加工工艺,制备了陶瓷微板热隔离气体传感器阵列。为验证传感器阵列热结构设计的合理性,进行了有限元热仿真分析,优化了设计结构。经静态气敏测试分析,传感器阵列对浓度体积比500×10~(-6)的Cl_2和100×10~(-6)的NO_2两种气体的气敏响应时间分别为30 s和60 s左右,灵敏度最高分别为275倍和4倍,且在0~500×10~(-6)和0~100×10~(-6)检测范围均具有良好的气敏特性,对Cl_2等高浓度宽量程危化品气体检测具有良好的应用前景。     

半导体热电制冷片在汽车保温箱控制系统中的应用

半导体制冷片又叫热电制冷片,可应用在一些空间非常小的环境,没有化学制冷剂,对环境无污染.该文提出了利用51单片机控制半导体热电制冷片,实现车载保温箱进行加热制冷的硬件电路和软件设计原理.硬件电路主要由输入输出、温度采集和反馈、控制电路组成,控制算法主要采用了滞环控制策略.整个系统结构简单,运行可靠.     

IGBT用3D复合热管散热器的数值仿真与实验验证

IGBT元件广泛应用于变频器、逆变器、电力传动等各个方面,随着其工作热耗和自身体积功率密度的不断增大,其散热设计的好坏直接关系到其运行的稳定性、可靠性及使用寿命。文中以应用于IGBT模块冷却系统的3D复合热管散热器为研究对象,详细介绍了其结构组成和工作原理,并通过数值仿真和实验验证,充分评估了其应用优势。该散热器可在有限的结构空间下,使得超高功率密度IGBT模块的温度得到很好的控制,使得器件长期安全稳定地工作,提高了整机产品的可靠性。     

曲面复眼成像系统的研究

研究了两种曲面复眼成像系统,并首次将曲面场镜阵列引入曲面复眼成像系统,使其边缘视场的成像质量进一步提高,视场角进一步加大。进行了成像系统的建模以及光线追迹,两种结构的视场角分别达到60°和88°,整个系统的体积分别为0.9 mm×0.9 mm×0.5 mm和0.9 mm×0.9 mm×0.75 mm。文中给出了用激光直写设备在曲面基底上进行光刻来制作曲面微透镜阵列的方法。     

电液伺服扭振试验机模糊PID控制仿真研究

为提高电液伺服扭振试验机控制系统抗参数变化和干扰的能力,保证控制精度,提出了应用于本试验机控制系统的模糊PID控制。首先根据控制系统结构原理建立了控制对象的数学模型。然后设计了模糊PID控制器,使用正交试验法对PID控制参数进行整定,以获得较优的PID控制参数,同时使用模糊控制器对PID的控制效果加以修正。最后利用MATLAB／Simulink对控制系统进行了仿真。仿真结果表明：模糊PID控制对于参数的变化和干扰,能实现控制参数的自调整．具有较好的控制效果。