MEMS红外光源光谱特性及温度特性测试研究

MEMS红外光源是基于微机电系统(MEMS)制造工艺的红外光源器件,为明确MEMS红外光源的辐射光谱分布特性和温度特性,采用SR5000光谱辐射计对MEMS红外光源进行辐射光谱分布特性测试,所得数据表明所选光源的红外光谱分布主要在3~5μm之间,中心波长位于3.6μm,该波段红外光具有接近90%的大气透过率;采用红外测温仪和热敏电阻对光源辐射体温度进行测试,结果显示所选MEMS红外光源温度特性优良,适用范围广泛。     

MEMS红外光源研究及其应用

首先介绍了红外光源的类型,从波长范围、调制频率、输出功率以及制作成本等方面比较了三种不同类型红外光源的优缺点。分析了基于微机电系统(MEMS)加工技术的红外光源工作原理和类型。系统综述了MEMS红外光源的国内外研究现状,包括不同辐射层材料和不同结构的MEMS红外光源。详细描述了MEMS红外光源在红外气体传感器、目标识别装置、红外通信装置中的应用。讨论了其在结构设计和加工过程中存在的高辐射率发光材料的制作、红外光源薄膜热应力的释放以及机械强度低等技术瓶颈问题,并简单展望了MEMS红外光源的未来发展趋势。     

硅基MEMS红外光源热稳定性测试研究

光电标识是完成识别和搜救任务的"眼睛"。作为"眼睛"核心组成器件,MEMS红外光源的工作稳定性对标识效果具有最直接的影响,而MEMS红外光源的工作稳定性取决于辐射薄膜的热稳定性,表现为辐射体薄膜结构工作电阻的动态变化趋势。为此通过开展MEMS红外光源电阻特性研究对于深入探索光电标识装置的标识特性意义重大。采用阻抗分析仪进行测试,结果表明MEMS红外光源长时间工作下其本征电阻值变化量仅为0.4%,热稳定性良好;在可承受驱动电压范围内,光源的动态电阻随电压的变化无明显偏移,薄膜表面形貌变化正常,MEMS红外光源整体结构工作稳定。     

硅基MEMS红外光源制造及其辐射特性研究

结合现有微机电系统(MEMS)制造工艺加工设计了一种新型的硅基MEMS红外辐射光源,该光源采用辐射功能层悬浮结构,主要包括微米量级多晶硅辐射层、重掺杂单晶硅反射层、二氧化硅保护层、支撑层和金属电极层;采用硼离子注入技术对多晶硅辐射层进行掺杂改性,实现多晶硅辐射层良好的电阻加热和体辐射效应;采用光谱辐射计对MEMS红外光源辐射光谱进行测试,显示光谱辐射波段为2~14μm;光源驱动电压为5.8 V时,电光转化效率达9.76%,光源开启时间约为20 ms,关断时间约为10 ms,总驱动响应时间为30 ms。     

面向MEMS红外光源的辐射增强结构设计

针对常规TO封装下红外光源辐射量在一定光程下严重衰减的不足,基于自研的MEMS红外光源结构,提出了用于红外辐射增强的反射镜及用于光束准直的透镜封装结构,以期大幅提高光源有效辐射效率。本文基于Zemax软件对红外光源在光路中的辐射特性进行了模拟仿真。仿真结果表明:红外光源放置于9.52 mm口径、9.41 mm深度的抛物面反射镜的焦点位置,辐射能量提高了15.5倍;采用2.2 mm厚的BaF2材料的双凸曲面辐射透镜,红外光线呈准直收敛辐射,辐射效率最大可以达到27.42%。本工作研究成果为红外光学气体传感器光源提供了合理的红外辐射增强结构尺寸参数,有效提高了系统的稳定性和光源的辐射效率。     

基于FPGA的分布式光纤传感器脉冲光源设计

脉冲光源是分布式光纤传感器的关键部件。为了设计出具有布里渊频移的脉冲光源,采用基于环形腔结构的布里渊频移器,配合基于Altera公司生产的CyloneIII系列FPGA芯片EP3C10E144C8N设计的脉宽和频率均可调的脉冲源,经电光强度调制后得到脉冲光输出。实验表明：该光纤传感器脉冲光源性能稳定,输出激光脉冲的脉宽在20ns-100ns范围可调,频率在10KHz-100KHz范围可调,具有成本低、系统结构简单等优点。     

基于FPGA技术的半导体激光器脉冲驱动电源的设计

针对半导体激光器(LD)脉冲驱动工作的需要,提出了一种新型的基于FPGA技术的LD脉冲驱动电源的设计方法.结合FPGA技术,利用日立SH系列单片机HD64F7045为控制核心,实现高稳定度的激光器脉冲驱动控制.在LD驱动模块中,引入负反馈控制技术,实现了LD的自动电流控制(ACC)和自动功率控制(APC);同时,采取了慢启动电路、短路开关和限幅保护等措施,有效地保证了LD脉冲工作的安全.该电源已经成功地应用于某脉冲光源系统.     

硅基MEMS红外光源光谱特性测试研究

硅基MEMS红外光源作为红外应用系统的核心部件,其光学辐射特性直接影响着整个红外装置的性能,然而,国内外对于硅基MEMS红外光源的辐射特性尤其是辐射光谱特性未见详细报道,因此,为确定硅基MEMS红外光源的辐射光谱分布,对MEMS红外光源光谱特性进行准确测试是非常必要的。实验采用OL(Optronic Laboratories)系列光谱测量系统对MEMS红外光源进行光谱特性测试,相对辐射光谱测试结果显示该光源的红外光谱波段主要分布在3~5μm,中心波长在3.6μm处,其大气透过率接近90%,具有很好的大气透射度。     

用于快速光谱测量的全气候脉冲照明光源的稳压控制

本文简述了在快速光谱测量中所采用的脉冲照明光源的驱动模块，提出了一种应用情怀温控制技术实现脉冲光源全气候稳压的新方法 。     

基于MEMS静电微镜驱动器的光纤相位调制器

设计并制作出了一种基于MEMS静电微镜驱动器的光纤相位调制器。MEMS静电驱动器采用垂直梳齿驱动技术,驱动硅微反射镜沿其法线方向的垂直平移运动以实现入射光波的光相位调制。MEMS静电微镜驱动器与光纤准直器耦合构成MEMS光纤相位调制器,避免了拉伸光纤或改变折射率的困难,具有MEMS技术批量制造、低成本等优势。采用MEMS工艺成功制作出MEMS光纤相位调制器,并实现Michelson光纤干涉仪。利用ASE宽带光源对光纤相位调制器的静态调制特性进行测试,采用Michelson光纤干涉仪对光纤相位调制器的动态调制特性进行测试,结果表明,MEMS光纤相位调制器50V偏压实现了1 550nm光波的2π相位调制,当器件谐振频率为7.15kHz以及交、直流电压幅值分别为12.5V时,响应幅值可达6.8μm,可以实现多个2π的相位的正弦调制。     

一种用于高压降压型转换器的高精度强驱动能力驱动电路

This paper presents a novel driving circuit for the high-side switch of high voltage buck regulators.A 40 V P-channel lateral double-diffused metal–oxide–semiconductor device whose drain–source and drain–gate can resist high voltage, but whose source–gate must be less than 5 V, is used as the high-side switch. The proposed driving circuit provides a stable and accurate 5 V driving voltage for protecting the high-side switch from breakdown and achieving low on-resistance and simple loop stability design. Furthermore, the driving circuit with excellent driving capability decreases the switching loss and dead time is also developed to reduce the shoot-through current loss. Therefore, power efficiency is greatly improved. An asynchronous buck regulator with the proposed technique has been successfully fabricated by a 0.35 m CDMOS technology. From the results, compared with the accuracy of16.38% of the driving voltage in conventional design, a high accuracy of 1.38% is achieved in this work. Moreover,power efficiency is up to 95% at 12 V input and 5 V output.     

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。     

近红外SPAD标定的偏压偏流控制系统研究

针对近红外1550 nm单光子雪崩光电二极管(single photon avalanche photodiode,SPAD)的特性,为精确测量其参数性能,设计了高精度偏压控制电路及偏流检测电路系统。该系统以FPGA为控制核心,通过上位机软件下发偏压控制参数,采用高精度器件并经过电压放大滤波等操作实现对SPAD偏压的精准控制。采用电流检测器件,通过恒流源补偿的方案将偏流值检测转换成电压值的检测,利用模数转换器件进行电压采集上传给FPGA,上位机软件通过数据拟合推导得到最终的偏流值。通过实验测试验证了电路的可行性,偏压控制精度小于30 mV,输出电压纹波小于100 mV,偏流检测上传稳定。该偏压控制及偏流检测系统设计具有结构简单、偏压设置精度高、超低纹波、控制灵活的优点,已经应用于近红外1550 nm SPAD标定系统中,工作稳定可靠。     

基于ADP3806的高功率LED驱动电路设计

设计了一种基于ADP3806的高功率发光二极管(LED)的高效驱动电路。ADP3806是一款开关模式电源控制器,拥有双环路恒定电压和恒定电流控制、远程精确电流检测以及关断和可编程可同步开关频率,能提供恒定电流。同时在设计中利用单端原边电感转换器(SEPIC),其可以提供一种可以高于或低于输入电压的输出电压,在适当的占空比下工作,使连续传导模式(CCM)和脉冲宽度调制(PWM)控制变得简单,提高了效率,并且避免由变压器泄漏电感带来的电压尖峰和振铃。从而在需要进行升压和降压转换来同时驱动多个高功率LED的场合,这个设计是非常适合的。     

一种高精度高转换效率的LED驱动电路

基于HHNEC 0.35μm 40 V BCD工艺,采用峰值电流检测模式的脉冲宽度调制方式,设计了一款能在8～42 V的输入电压范围内,-40～125℃的温度范围内正常工作的高转换效率、高输出电流精度的发光二极管(LED)驱动电路,版图面积为925.3μm×826.8μm。利用带负反馈的预稳压电路为基准源电路和线性稳压器提供稳定的工作电压,新颖求和型CMOS基准电流源提供低温漂、高精度的偏置电流,带预抑制电路的基准电压源提供高精度的参考电压,提高了输出电流的精度。仿真结果表明,在典型工艺角TT下,当输入电压为40 V,驱动9个LED,输出电流为400 mA时,该LED驱动电路转换效率为95.8%,输出电流精度为1.75%。     

EL6249C及其在MEMS动态测试中的运用

EL6249C是美国Elantec半导体公司推出的四通道激光二极管电流放大器。文中根据频闪成像原理 ,利用EL6249C设计了一套频闪驱动电路 ,该驱动电路可驱动高亮LED ,以产生MEMS动态测试中所需的频闪光 ,为后续MEMS器件的动态特性提取和分析做准备。     

基于FPGA的光弹调制器用高压驱动电路设计

为满足光弹调制器对高电压、高稳定和精确易控制的驱动电压需求,设计了一种基于FPGA控制、全桥结构LC谐振升压的高压驱动电路。该电路与传统的光弹调制器驱动控制电路相比,大幅降低了直流电源的电压输入要求,通过DDS调节方波频率来控制光弹调制器工作频率,调节方波占空比来控制输出电压。该电路应用于光弹调制器实验,结果表明在光弹调制器的谐振频率下,外部直流电压为5 V时,方波占空比范围为0~50%,对应电压峰-峰值可调节范围为0~840 V。电路具有稳定可靠、操控方便、带负载能力较强等优点,能够实现光弹调制器驱动电压实时精确的控制。     

基于PWM斩波的交流调压系统设计

随着高频电力电子器件的发展,高性能的开关式交流调压得到广泛应用。在介绍交流调压原理和开关型斩控式交流调压电路的基础上,系统采用stc12c5608ad单片机产生PWM信号,通过驱动电路对IGBT开关管进行控制。最后给出了仿真及实验波形,结果表明斩波控制交流调压器具有易滤波,输出电压、电流波形好的优点。     

基于反激励变流器反馈电路的信号机点灯装置

为了解决XDZ-B型信号点灯装置输出电压纹波较大、瞬态冲击电流大以及上电瞬间副灯丝闪烁等问题,设计了一种新型铁路信号机点灯装置。采用TOPSwitch反激励变流器反馈电路和大电流可调电源芯片LM338组成非对称高转换效率双路冗余开关电源,可实现主副灯丝点灯与断丝报警功能。同时,改进了继电器逻辑电路,上电瞬间副灯丝不再闪亮,延长了副灯丝的使用寿命。系统简单可靠、启动冲击电流小、效率高、电压输出稳定、主副灯丝工作正常。     

一种用于压电陶瓷驱动电路的线性稳压电源

该文提出了一种可用于压电陶瓷驱动电路的低纹波、高稳定性的直流线性稳压电源的设计方案,分析了其工作原理并测量了其电学特性。采用可调三端稳压器为核心器件,利用低温漂电压基准源提高了稳压器的反馈电压,采用瞬态抑制二极管抑制了上电瞬间的冲击浪涌,有效地抑制了输出纹波,提高了电源的电磁兼容性和可靠性。实验结果表明,该电源可输出10~200 V的正负双极性电压,负载调整率小于0.5%,纹波小于10 mV,现已成功应用于以PA85功率放大器为核心器件的压电陶瓷驱动电路中。