一种简便实用的半导体激光器调制电路

半导体激光器是实用中最重要的一类激光器,它具有可直接调制的特点。本文介绍了一种简单有效的半导体激光器调制电路,给出了电路原理图,元件的选择原则,最后介绍了在非合作目标相位式激光测距系统中实现正弦调制的应用。     

控制半导体激光器的高稳定度数字化驱动电源的设计

以TMS320F28335为控制核心,设计了一种用于驱动半导体激光器的数控电流源。电源的外围电路包括指示灯模块、语音模块、LCD模块以及键盘控制模块。语音与指示灯模块负责系统工作状态提示,LCD负责显示实际电流以及目标电流,键盘模块负责电源的启动、关闭、电流设置、电流步进等操作。电路设计中利用深度负反馈原理来提高系统的稳定度,设计了双MOS管进一步减小漏电流引起的偏差(小于0.5%),优化了电压—电流线性度;软件设计中采用了PID算法缩短了系统的动态平衡时间;系统具有完备的保护措施,如防上电/断电冲击保护电路、延时软启动电路、过流保护电路以及纹波抑制电路,保证了激光器稳定可靠地工作。在激光器的驱动测试过程中,激光器工作状态稳定,中心波长未出现漂移,驱动电流无毛刺出现。     

光纤激光器泵浦源有限元热分析

泵浦源是光纤激光器的重要部件。半导体激光器（LD）是光纤激光器最常用的泵浦源,温度对其工作的影响非常大。文中采用有限元法（FEM）分析了连续工作和间断工作两种模式下,作为泵浦源的半导体激光器的热特性。试验测试数据与软件仿真结果具有高度的一致性,整体趋势吻合,最大误差不超过5%,验证了仿真模型的正确性和可行性。在此基础上分析了4种工况下泵浦源的温度场和芯片温度变化特性,并进行了散热结构改进的初步研究,发现改变AIN基板和铜热沉的厚度可在一定程度上降低芯片的结温。     

用于纳秒级窄脉冲工作的大功率半导体激光器模块

介绍了一种将脉冲半导体激光器发射应用系统中脉冲整形电路、驱动电路、激光器保护电路、激光器集成封装成一个激光器模块的方式。当激光器工作于纳秒级窄脉冲状态下时,激光器封装引腿所产生电抗会使得耦合进激光器的脉冲波形劣化,能量损失。为得到上升时间短,波形半宽窄,峰值功率大的光输出,改进激光器管芯的结构并采用混合光电子集成的方式将驱动电路和激光器管芯封装在一个模块内,使得窄脉冲电信号高效地耦合进半导体管芯。分析验证了改进后的激光器模块的各项输出参数均得到改善。同等条件下,改进后的模块在光脉冲宽度为4.5ns时,峰值功率比单独封装激光器提高6倍多。此激光器模块可以得到宽度7ns左右,峰值光功率176W的光脉冲输出。测试了该模块在脉冲宽度为7ns左右的U-P曲线。     

用于半导体激光器的大电流纳秒级窄脉冲驱动电路

根据脉冲式半导体激光器对功率、脉宽、上升沿的要求,同时考虑电脉冲的注入便于测试激光器的各种性能,提出了一种以金属氧化物半导体场效应晶体(MOSFET)为开关器件,以雪崩晶体管为驱动器,可产生大电流、窄脉宽、陡上升沿脉冲的激光器驱动电路。讨论了预触发脉冲宽度和雪崩晶体管输出负载对MOSFET输出脉冲在幅度和波形上的影响以及如何通过调整耦合电阻来控制脉冲的"下冲"和振荡。实验结果表明:在0~200V供电电压下,该电路在1Ω电阻上产生了从0A到148A,具有陡上升/下降沿的10ns级电脉冲。通过调整电路参数,可输出脉冲宽度窄至8.6ns,幅度达到124A的电脉冲。该驱动电路满足了脉冲式半导体激光器的工作要求和对器件测试的要求。     

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。     

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。     

纳米精度干涉测量中半导体激光器的光频调制方法

根据半导体激光器光注入调制理论和实验,基于不同光注入条件下的频率调制特性,提出了三种半导体激光器光频调制的具体方案。通过使用给出的光强反馈及电路控制方法,能使半导体激光器在其光频受调制期间,其输出光强的变化的范围大幅度减小。这些半导体激光器光频调制的方法用于干涉测量系统中,能极大地减小光强波动对测量精度的影响,可实现纳米级的高精度激光干涉测量。     

一体化半导体激光器的ANSYS热仿真及结构设计

传统半导体激光器与驱动控制器多采用分离式设计,故半导体激光器系统的体积很难紧凑化,而一体化半导体激光器存在电路集成度高,发热严重等问题,因此,本文提出了对半导体激光器进行一体化、小型化设计的方法。为了保证所设计的半导体激光器运行时系统温度分布均匀,输出激光不受温度变化影响,在结构设计之前,利用ANSYS软件对元器件集成度较高的电路板等热源进行了热仿真,提高了集成后结构的可靠性。仿真结果显示,优化设计后的半导体激光器一体化结构满足激光器温度要求,系统温度分布均匀,能保证激光器稳定运行。设计的新型半导体激光器的整体结构尺寸仅为85mm×95mm×115mm,不仅实现了半导体激光器与驱动控制器的一体化与小型化集成,并且结构中留有准直光路设计空间,便于后期的应用研究。     

半导体激光器高稳定度系统的研究与设计

半导体激光器(LD)随着温度的增加,阈值电流升高,输出功率下降.为了使半导体激光器输出激光功率稳定,设计了激光器高精度稳功率电路,使用功率MOSFET作为电流控制元件,运用负反馈原理调整输出电流,实现对激光器输出功率的控制.试验结果表明,电路设计合理,响应速度快,输出激光功率长期稳定度可以达到0.1%.     

垂直腔面发射激光器温度控制装置的设计

介绍一种VCSEL(垂直腔面发射激光器)激光二极管温度控制装置的设计.该装置采用了圆筒形的热沉、圆筒形TEC(热电制冷器)和冷却板,把激光管置于圆筒形的冷却板之内,由于圆筒形的热沉、TEC和冷却板与激光二极管接触面积较大,所以无形中提高了温度控制系统的散热和加热效率,从而提高了系统的温度稳定性和控制范围.     

Wave-number stability of a laser diode mounted in a closed cycle helium refrigerator

The wave-number stability of a laser diode mounted in a closed cycle helium refrigerator was examined using a CO(2) laser heterodyne spectrometer. The set current supplied by a commercial laser diode supply appeared stable enough over the time periods normally used. Temperature control was achieved through both passive and active loop control. A stage of open loop control of the cold tip allowed the closed loop control of diode heat sink to be operated at higher gains than conventionally used. Long-term stability of the center of the line shape function was better than 10 MHz per hour and the 1-min average was better than +/-5 MHz. Vibration of the diode mount determined the instrument line shape in spite of steps taken to eliminate the vibrations. The line shape had a half-width of 10 MHz with broad shoulders out to 50 MHz.     

光纤陀螺用SLD光源驱动电路

半导体激光光源超辐射二极管 ( SLD)的稳定性对光纤陀螺 ( FOG)的性能有重要影响 ,介绍了 SL D稳定性要求及驱动电路控制的原理 ,并分析了实现控制的几种方案。这对其他高精度要求的半导体激光光源也具有通用性     

基于DAVLL技术的半导体激光器稳频装置设计

分析了二向色性原子蒸气激光频率锁定(dichroic atomic vapor laser lock,DAVLL)技术稳定激光器频率的原理,并采用DFB894.6nm半导体激光器和Cs原子气室搭建稳频实验装置。实验测量了不同磁场条件下的DAVLL光谱,发现Cs原子D1线的DAVLL光谱零值点处的斜率随磁场强度增加而增大,但谱线零点斜率不随磁场变化。根据半导体激光器锁频原理设计制作了驱动电路,测试结果表明,该稳频装置的短时频率稳定度达16 MHz。     

大孔同轴度测量系统误差分析

介绍一种大型机械零部件孔用同轴度测量系统。系统采用单模光纤的尾纤半导体激光器作光源的激光准直系统 ,并为测量提供稳定的基准线。同轴度由多个截面的光斑中心坐标值和圆周采样数据按一定的方法计算。     

Frequency stabilization of an external-cavity diode laser to metastable argon atoms in a discharge

A laser stabilization scheme using magnetic dichroism in a RF plasma discharge is presented. This method has been used to provide a frequency stable external-cavity diode laser that is locked to the 4s[3/2](2) → 4p[5/2](3) argon laser cooling transition at 811.53 nm. Using saturated absorption spectroscopy, we lock the laser to a Doppler free peak which gave a locking range of 20 MHz when the slope of the error signal was maximized. The stability of the laser was characterized by determining the square root Allan variance of laser frequency fluctuations when the laser was locked. A stability of 129 kHz was measured at 1 s averaging time for data acquired over 6000 s.     

Generation of high-power laser light with Gigahertz splitting

We demonstrate the generation of two high-power laser beams whose frequencies are separated by the ground state hyperfine transition frequency in (87)Rb. The system uses a single master diode laser appropriately shifted by high frequency acousto-optic modulators and amplified by semiconductor tapered amplifiers. This produces two 1 W laser beams with a frequency spacing of 6.834 GHz and a relative frequency stability of 1 Hz. We discuss possible applications of this apparatus, including electromagnetically induced transparency-like effects and ultrafast qubit rotations.     

半导体激光器列阵的smile效应与封装技术

为了减小半导体激光器列阵在封装过程中引入热应力而产生的smile效应,提高半导体激光器列阵光束质量,利用对半导体激光器列阵发光点成像放大的方法,准确测量了半导体激光器列阵的smile效应,测量误差为±0.1μm。由于smile效应的准确测量能客观地比较减小smile效应的各种技术与方法,本文根据分析测量结果,提出了通过优化封装半导体激光器列阵焊接回流曲线的方法,使smile效应值控制在±0.5μm内。该方法减小了半导体激光器列阵的smile效应值,提高了激光器列阵光束质量,为下一步研制小芯径、高光束质量半导体激光器列阵光纤耦合模块提供了基础条件。     

Low-noise high-performance current controllers for quantum cascade lasers

Quantum cascade lasers have ushered in a new era of enhanced capability for chemical sensing. The higher current and voltage demands of these devices over their laser diode counterparts have also ushered in the demand for more capable drive electronics. The current-sensitivity and high frequency response of these devices have continued the desire for low noise, stability, and agility enjoyed by the laser diode community for many years. This article addresses the issue of maintaining these characteristics at the currents and voltages required, and presents example performance of current controllers developed by the author at Pacific Northwest National Laboratory, achieving output currents up to 2 A and compliance voltages of 15 V, with noise levels close to the Johnson noise of the internal resistors, typically a few nA/√Hz. Rapid full-depth current modulation up to 100 kHz is also demonstrated.