半导体直接输出激光加工系统开发与温度控制策略研究

针对大功率半导体直接输出激光加工系统的应用,本文搭建了由大功率半导体激光器、工控机、机械手运动系统、测温仪和WAGO通讯模块等组成的激光加工系统的硬件平台,提出了大功率半导体激光直接输出加工过程中激光加工温度的控制方法,设计了基于Lab Windows/CVI交互式软件开发环境的PID和模糊控制算法,并且通过现场实验对两种控制算法的各个参数进行了精确整定。整定后的PID和模糊的温度控制效果良好,PID控制的温度峰值时间只有0.45s,最大超调量为3.28%,稳态均方根误差为1.01℃;模糊控制的温度峰值时间为0.93s,最大超调量为1.5%,稳态均方根误差为2.22℃。为了对比两种控制策略的实际控制效果,以设定温度为1 250℃,启动功率为500 W,45#钢基体为实验条件,分别对整定后的PID控制和模糊控制以不同的扫描速度进行激光相变硬化实验,实验发现随着扫描速度的增加,PID控制与模糊控制的稳定性都有所降低,但是在相同扫描速度下,模糊控制的超调量较小,温度控制更稳定。因此模糊控制策略更适合于本控制系统,最终本系统采用模糊控制作为激光加工的温度控制策略。     

半导体激光器温度控制研究

温度对半导体激光器的特性有很大的影响。为了使半导体激光器输出功率稳定,必须 对其温度进行高精度的控制。利用PID 控制网络设计了温控系统,控制精度达到±0. 01 ℃,与无PID 控制网络相比,极大的提高了系统的瞬态特性,并且试验发现采用带有温控系统的半导体激光器的输出功率稳定性比没有温控系统的输出功率得到显著改善。     

半导体激光器温度控制系统的设计

设计了一种基于MCS-51系列微控制器的激光二极管（LD）温度控制系统,该系统分别采用铂电阻及半导体制冷器作为温度传感器和控温执行元件,并应用模糊理论与数字PID参数自适应调整相结合的控制算法对LD温度进行控制。实验结果表明：该系统在10-40℃温度范围内的控温稳定性优于0．2℃,能够有效抑制LD波长的漂移。     

基于DSP的半导体激光器电源设计

介绍了一种采用基于TMS 32 0F24 07型号DSP控制的半导体激光器电源的构成和原理,提出了一种新的自整定智能PID的优化算法,结合模块化的VICOR开关电源、DSP控制电路、信号采集、放大电路和保护电路等部分,从而实现半导体激光器的可靠运行和工作电流的稳定精确输出.     

半导体激光器温度控制电路设计

在对激光器的温度控制理论作了深入研究的基础上,为了使激光器工作时温度恒定,设计了一种新型的温度控制电路,电路中采用了ADN8831作为的核心器件,结合PWM控制方案,完成了包括输入级、补偿环节、输出级、滤波电路和保护及检测电路的硬件电路设计。经过实际连接激光器实验,温度控制精度可达0.01℃。电路具有体积小、效率高、可靠性高、驱动能力强等特点,可以为激光器提供恒定的温度控制。     

半导体蓝光激光器

本文详细论述了半导体蓝光激光器的应用前景，国内外研究动态以及量子阱半导体蓝光激光器件的结构与种类等。     

高功率半导体激光器

现在,人们希望把半导体激光器应用在加工领域中,要求其波长达到800nm,以往在民用范畴内应用激光二极管,它是一种应用在小型光盘上的光源,它的光输出功率大约为5mW,但是,光盘读出信号则需较高的输出功率,今后,光盘要求同样波长范围的输出功率为30mW,而且用组合激光器能获得5000W(脉冲)输出功率。     

半导体激光器的电噪声

通过测量激光器的电噪声,可以用来在线监测器件的诸多特性,如阈值电流的大小,是否有模式跳变发生,以及谱线宽窄等.另外,根据电噪声的大小,还可以对器件的质量和可靠性作出评价,具有快速、方便、无损等优点.文章概述了半导体激光器的电噪声,对其主要应用进行了综合和讨论,概括性评述了该领域目前的研究进展.     

微腔半导体激光器的结模型

本文提出微腔半导体激光器的站模型,并分析讨论了自发发射因子β＝１的微腔半导体激光器的一些稳态和瞬态特性．     

基于无铝单量子阱的大功率半导体激光器

在改进的带有多槽石墨舟的液相外延(LPE)设备上,采用水平快速生长法获得了分别限制单量子阱结构(SCH-SQW),制作了条宽为100μm、腔长为1 mm的激光器,其阈值电流为0.70 A,最高连续输出功率达4 W,斜率效率为1.32 W/A,串联电阻为0.1 Ω,中心波长为808.8 nm.     

多段式半导体激光器的研究进展

综述了多段式半导体激光器的研究进展.按结构不同,将它们分为两段式、三段式和四段式激光器进行讨论.重点介绍了几类具有典型结构的单片式集成激光器,总结了它们的设计背景、设计目的、基本设计思想、性能特点和基本用途,讨论了这些器件结构的共同点,指出两段式、三段式和四段式激光器研究上的关联和各自的研究重点.分析了多段式半导体激光器的发展趋势,展望了它们的应用前景.     

980 nm高功率列阵半导体激光器

分析了影响列阵半导体激光器输出功率的因素．利用分子束外延生长方法生长出ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ应变量子阱激光器材料．利用该材料制作出的应变量子阱列阵半导体激光器准连续（１００ Ｈｚ,１００ μｓ）输出功率达到 ８０Ｗ（室温）,峰值波长为 ９７８～９８１ｎｍ．     

940nm列阵窗口半导体激光器

本文分析了影响列阵半导体激光器输出功率的因素。利用分子束外延生长方法生长出InGaAs/GaAs应变量子阱激光器材料。利用该材料制作出的应变量子阱列阵窗口半导体激光器,准连续（500μs,100Hz）输出功率达到80W（室温）,峰值波长为939－941nm。     

808nm无铝材料激光器可靠性筛选的实验探讨

对８０８ｎｍ无铝ＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ半导体激光器进行可靠性筛选实验,给出了器件老化前后的工作特性及其变化情况;讨论器件工作特性变化甚至失效的可能原因,并给出在进行器件的可靠性做初步的判定,认为工作电流的变化率小于１％时是可靠的器件。     

大功率体光栅外腔半导体激光器的输出特性

宽条形大功率半导体激光器(LD)存在光谱温漂系数大、光谱宽度宽的缺点,为了改善宽条形大功率半导体激光器的光谱特性,采用一种体光栅(VBG)离轴外腔方法实现了宽条形大功率半导体激光器光谱特性的明显改善和高效率工作.宽条形半导体激光器的外腔结构主要包括激光器输出光束的快、慢轴准直光学透镜和离轴放置的体光栅.宽条形半导体激光器的激射条宽为100μm,当激光器工作电流为4.0 A时,外腔激光器的输出功率高达3.4 W,斜率效率为1.0 W/A,光谱宽度由自由出射条件下的2~3 nm减少为0.2 nm,峰值波长的温漂系数小于0.015 nm/℃.     

半导体激光器高速同轴封装设计

在光纤接入网等光通信领域,低成本高速同轴封装半导体光电器件有着非常重要的作用。对于高速TO-can激光器(LD),由于已进入微波工作频段,封装以及相关元件的分布参数已经成为制约高速激光器性能的主要参数之一,分析了同轴封装结构的技术特点,建立了激光器器件及封装相关元件的等效电路模型,利用商用CAD分析软件对其进行了模拟和优化设计,为半导体激光器高速同轴封装设计的工艺方案、封装材料的选择提供了依据,并据此进行了部分相关实验。