光纤陀螺光源SLD启动时波长的变化机理

基于现代化战争武器和惯导系统对光纤陀螺快启动的强烈需求,对光纤陀螺启动最慢的核心器件光源超辐射发光二极管（SLD）启动时波长的变化机理进行了研究。主要包括对SLD波长随驱动电流和管芯温度的变化规律进行了理论分析和实验验证,得出了SLD的平均波长随驱动电流的增大而减小,变化量约为0.15 nm/mA,随温度线性增加,变化量大约为0.5 nm/℃;根据理论分析驱动电流和管芯温度启动时的变化规律建立了SLD启动时波长的变化模型;通过实验测试得到的驱动电流和管芯温度启动测试结果推导出了SLD启动波长最大变化量达到18 000 ppm;最后根据分析结果提出实现陀螺快启动的波长补偿方案。     

光纤陀螺用SLD启动特性及影响研究

光纤陀螺的快速启动在军事、导航等领域极其重要,超辐射发光二极管(SLD)是光纤陀螺中启动速度最慢的器件.对SLD启动特性机理进行分析,采用高速数据采集卡对功率、驱动电流、温控电流和温度的变化情况进行了测试,得到了SLD的常温启动时间约为3～4 s,启动时的最大功率波动误差为4.5％,上电瞬间驱动电流上升时间约为0.3s,SLD的制冷电流与热沉温度存在0.12s的延迟,环境温度与理想温度偏差越大,启动时间越长,而且高温启动时间要比低温启动时间长.分析了不同温度下SLD启动对光纤陀螺附加零偏的影响,增加前放增益可减小附加零偏.     

一种便携式的多功能SLD数字测控系统设计

以嵌入式微控制器C8051F为控制核心实现了便携式的多功能超辐射发光二极管（SLD）测控系统。该系统具有多种工作模式,包括恒流控制工作模式、恒光功率工作模式、恒温控制工作模式和连续LIV测试工作模式;可为SLD提供高稳定性的电流控制、光功率控制和温度控制,实验结果表明其长期驱动电流稳定度0．023％、光功率控制稳定度0．026％、温度控制偏差0．03℃。同时利用该系统可实现器件LIV特性的自动测试,其结果可用于SLD性能的表征与评价。     

用于光纤电流传感器SLD光源的温度控制系统

为减小高压电网中光纤电流传感器超辐射发光二极管（super luminescent diode,SLD）光源温度特性对测量准确度的影响,提出了一种模拟温度控制系统对光源温度进行恒温控制。根据设计要求,介绍了各重要环节的设计过程。分析了通过搭建合适的温度采集电桥,可以得到与温度近似成线性关系的输出差分信号。在频域上建立了系统的数学模型,计算了系统的传递函数,得到了比例-积分-微分（proportional-integral-derivative,PID）控制器各参数对时域上输出的影响。在实验室中搭建了用于光纤电流传感器SLD 光源的温控系统,对温控系统进行了定温与温度循环实验,实验结果表明:该控制系统可以实现对温度的实时控制,使光纤电流传感器测量准确度满足0.2 级工业要求。     

SLD光源温控模型中时间延迟特性研究

针对某陀螺厂家新引入的超辐射发光二极管(SLD)光源对微分控制环节依赖性显著的问题,对光源温控环节的传递函数和补偿控制进行了理论和试验分析。理论分析和试验结果表明,SLD管芯温度与TEC电流间的传递函数为时间滞后的二阶系统,该时间滞后源自热敏电阻的位置及其与管芯之间的距离;热敏电阻和管芯间距越大,管芯温度与TEC电流的时间滞后越大,微分环节的滞后补偿作用也就越显著;选择适当的微分参数,可使时间滞后相差较大的不同厂家光源同时获得良好的温控效果。上述结果不仅揭示了SLD光源温控环节时间滞后的来源,还对理解微分环节在SLD温控系统中的作用提供了客观依据。     

基于线阵扫描的FBG高温传感解调系统

为了实现光纤布拉格光栅温度传感的高速解调,建立基于线阵分光扫描法的解调系统。该系统通过SLD宽带光源、线阵InGaAs探测阵列以及FPGA控制芯片实现高速解调。基于FPGA控制芯片,完成探测单元及采样单元电路设计,并给出系统实施方案。采用飞秒激光制备的聚酰亚胺涂层的纯石英光纤布拉格光栅传感器搭建高温传感系统,对于传感信号进行高斯拟合实现寻峰。该解调系统无机械扫描部件,可实现光纤布拉格光栅的高速解调,波长解调范围为1 500 nm～1 650 nm,扫描频率为17 kHz,波长分辨率为7 pm,温度分辨率小于1℃。     

基于ADT数据的SLD温度建模方法

在对超辐射发光二极管(SLD)实施加速退化试验(ADT)并评估其寿命及可靠性的过程中,其性能参数的温度漂移特性影响了评估的精度,为了剔除这种影响,进而提高评估的精度,需要建立相应的温度与性能参数的关系模型来对试验数据进行处理.对SLD的温度建模进行了研究,为了确定一种适用于SLD及ADT数据处理的温度建模方法.通过调研...     

1053 nm高速超辐射发光二极管的研制及其光电特性

制备了一种新型的具有高调制带宽的1 053 nm超辐射发光二极管(SLD).利用光荧光(PL)测试分析了不同温度、不同生长速率对SLD芯片外延材料质量的影响,优化了In Ga As/Ga As量子阱的生长温度与生长速率.分析了SLD模块的光电特性随温度与注入电流的变化关系.研究结果表明,SLD输出波长随温度的漂移系数为0.35 nm/℃,其输出波长随注入电流的漂移对温度并不敏感.在25℃、100 m A注入电流下SLD的-3 d B调制带宽达到1.7 GHz,尾纤输出功率2.5 m W,相应的光谱半宽为24 nm,光谱波纹为0.15 d B.     

光纤陀螺光源稳定性研究

作为干涉型光纤陀螺光源的超辐射二极管（SLD）的稳定性对于光纤陀螺系统性能具有重要影响。文章系统地研究了SLD的光电特性、温度特性、光源驱动以及这些特性对于光纤陀螺系统的影响。     

光纤陀螺光源筛选与评价方法研究

针对光纤陀螺工程化对超辐射发光二极管(SLD)光源筛选的需求,开展了光源筛选和评价方法的试验和理论分析研究。通过构建光纤陀螺光源综合调试和检测系统,对SLD光源所有外部可获取特征进行了实时监测。测试和理论分析结果表明,SLD的离散特性主要受光源内部组件特性的影响;在散热充分的情况下,SLD的离散性可近似由TEC等效内阻、温控电流、热敏电阻温度系数和发光芯片功率来表征;SLD光源的常规评价指标与上述指标相结合,可更为完备地对光源进行筛选。另外,构建的光纤陀螺光源综合调试和检测系统也可直接作为光源筛选系统。     

SLD光源驱动电路设计

SLD的输出光功率和中心波长会随着驱动电流和管芯温度的漂移而发生变化,所以为了获得稳定的输出光功率,光源就需要工作在稳定的驱动电流和稳定的环境温度下.采用"恒流源+温控"方案,并在温控电路中引入PID调节电路,利用闭环负反馈原理,设计了一个高精度的恒流驱动和温控电路,来提高光源的稳定性、可靠性和耐久性.     

超辐射发光二极管光源组件内部电场耦合分析

针对超辐射发光二极管(Superluminescent Diode,SLD)光源输出光功率稳定性的需求,用有限元分析方法分析了SLD光源组件内部导体组的分布电容矩阵及电场耦合情况;通过电场耦合模型研究发现温控电路带来的干扰通过分布电容耦合到恒流回路中,影响输出光功率的稳定性;将制冷器接地可减小分布电容,改进恒温电路的驱动方式可减小交流分量的干扰,从而减小电场耦合对输出光功率的影响。     

基于PWM技术的SLD光源温控系统设计

为满足工程中对超辐射发光二极管（SLD）温度控制电路的低功耗设计需求,提出了一种基于数字脉宽调制（PWM）技术的控制方案,实现了SLD光源温控电路的低功耗设计。实验表明,该温度控制电路功耗低,稳定性高,满足了低功耗设计的工程需求,具有良好的实用价值。     

半导体致冷器对SLD光源内部电场的影响

针对超辐射发光二极管(Super Luminescent Diode,SLD)光源输出光功率稳定性的需求,从光源的温控电路出发,建立了SLD恒流回路与半导体致冷器(TEC)之间的电场耦合模型,探讨了SLD光源的重要组件——TEC对其内部电场的影响;分析了光源内部不同组件间的分布电容.研究结果表明:温控电路产生的交流分量作用于光源内部半导体致冷器,产生时变电场,经分布电容耦合到恒流回路中,影响输出光功率的稳定性;SLD光源外壳接地良好,可减小分布电容,从而减小电场耦合对输出光功率的影响.     

利用导通电压降监测SLD的输出光功率

由于传统的光功率采集仪精度不高,在实验中无法明显地显示出光功率在短期内的变化,而采集电压的数据采集系统可以很好地解决这个问题。在分析1310 nm超辐射发光二极管(Super Luminescent Diode,SLD)光源的工作原理的基础上,设计了一种在恒温条件下控制驱动电流来使SLD稳定工作的驱动电路,进行了理论分析和实验验证,给出了利用SLD电压降监测输出光功率的新方法,取得了真实可靠的实验数据。通过SLD光源的驱动实验得出输出光功率与驱动电流和SLD两端电压降的相关关系,结果表明,输出光功率与电流具有良好的线性关系,与电压具有良好的正相关指数关系。利用采集电压降监测SLD的输出光功率,大大提高了测试精度和数据分辨率,同时为SLD退化寿命试验提供了新的电学参数。     

变温环境下SLD恒流源的驱动稳定性研究

超辐射发光二极管（SLD）光源在变温（-45~70℃）环境下的工作稳定性直接影响光纤陀螺的性能,因此,变温（-45~70℃）情况下其恒流源的驱动稳定性就成为系统设计与优化的关键问题之一。根据恒流模式工作原理,建立了等效电路模型,并得到了表征变温环境恒流源稳定性的数学解析式,根据该式给出了变温环境恒流模式设计的设计依据;利用该解析式还对几种不同情况下恒流源的变温稳定性进行了理论分析与计算;最后给出了验证实验,实验结果与理论计算结果相一致。因此,利用该式可以实现对SLD恒流源性能的有效评估,这对于变温环境下SLD光源驱动设计具有重要指导意义。