外腔半导体激光器（精选6篇）
外腔半导体激光器 篇1
国际合作项目推荐
(2009-038-圣彼得堡-001)
该项目用于制造大功率二极管激光器, 波长800-1800nm, 工作方式为脉冲或恒时。借助于新的异质结结构激光器设计, 使得单个光源的光功率超过10瓦特, 有效功率达70%以上。主要特性在于在不对称激光器设计中使用了超宽的 (2-4微米) 波层, 对量子活跃区域做出了单独限制。这在俄罗斯属于首创。
该激光器已经具有专利, 目前可以小批量生产。
外方提议合作方式:转让技术, 技术入股。
自制平行光半导体激光器 篇2
关键词：LM317,LD,平行激光
在物理光学演示实验中有很多都需要用到平行激光束,平行激光束的获取有多种方法,传统的方法是将半反半透膜配件放置在同一个支柱上,当一束激光照射过来时,通过反射、折射、再反射形成相互平行的一组光线 - 平行光线,但是这种半反半透膜配件具有易损坏,不易清洁的缺点。本文制作的能发射平行光线的激光器是将普通单光束固体激光器的基础上改进而成,本仪器制作是把五个LD( 半导体激光器的简称 ) 置于同一个电路中,使其发出强度相近的五束激光形成平行光线。
本激光器的好处在于制作简单,持久耐用,而且便于携带,可以将本仪器应用于各种光学演示实验中。
1平行光线的半导体激光器的驱动电路
如图1-1所示为驱动电路的电路图,本电路是在单束光半导体激光器原理上改进而成。在输出端并联五个相同的LD,每个LD分别串联一个2KΩ的可调电阻,并使该电阻与输出端的并联,通过调节各个可调变阻器使五个激光二极管发出的激光光强基本相同。与LD串联的可调电阻与输出端的另一个电阻并联,使输出端满足输出电阻为,这样,输出的电压最大值:
从而达到LD的电压和电流要求。电路中的电容都是用来提高抗振谐波能力,IN4007和1Ω/2W电阻的作用是在电容放电时保护LM317不被损坏。
2 PCB板的制作过程(手工制作)
先后顺序是预处理覆铜板,用黑色油性笔在履铜板上描绘出PCB板,腐蚀液按照浓盐酸、浓双氧水、蒸馏水按1:2: 4的比例配置并腐蚀PCB板;用酒精把覆盖在线路板的油墨清洗干净,PCB板风干后涂上松香,将PCB板钻孔和焊接电子元件(如图2.2-1与图2.2-2为激光器PCB板实物图)。
3平行激光器外壳制作
按PCB板的大小,将有机玻璃板进行切割打磨成长方体外壳的六个面,在作为平行激光器前端的有机玻璃板上,用打孔机打五个等间距的小孔,孔径的大小应比LD直径稍小。随后将五个LD插入带孔的有机玻璃板,按照如图3-1所示为制作好的实物图方式固定好。注意 :这五个LD不要直接焊接在电路中,要先调节可调电阻,使得LD两端的电压为3~4V,再将LD联在电路中(这样的目的防止LD由于两端电压过高被击穿)。
外腔半导体激光器 篇3
双包层泵浦光纤激光器具有电光转换效率高、体积小、寿命长、光束质量好等优点,在光通信、高精度激光加工、激光医疗以及军事等领域有着广泛的应用。泵浦源是光纤激光器重要的组成结构,为光信号的放大提供能量。泵浦源性能对光纤激光器影响很大,例如泵浦效率、泵浦光带宽、泵浦源的寿命、尺寸和价格等都直接影响最终器件的性能[1]。与其他激光光源相比,半导体激光器作为泵浦源有很多优点:电-光转换效率高、输出激光波段范围广、使用寿命长、可靠性高、体积小、质量轻、价格便宜、耗电省、具有直接调制能力等。光纤激光器泵浦源一般是大功率的半导体激光器,要求驱动电源能输出足够大的电流。同时半导体激光器是靠注入电流而工作的,是一种电流敏感器件,驱动电流的很小波动不仅会产生激光强度噪声,还会使输出激光的波长谱展宽,同时静电、高压、浪涌电流以及电网冲击等都会使半导体激光器半导体激光器性能恶化,寿命减短,甚至造成永久性损坏。因此设计一种大功率、高稳定度、性能可高的驱动电源是十分必要的。
目前,在国外,对半导体激光器驱动源的研究已经取得了不错的成果,特别是德国、英国、日本等国家,半导体激光器驱动源的研究技术已经非常成熟,达到了很高的水平,并且实现了商品化,但其价格比较昂贵[2]。在国内,小功率的半导体激光器驱动电源已有成熟的商品,高重复频率、大功率、窄脉冲驱动电源发展不成熟,有些技术指标难以达到要求,因此对半导体激光器驱动电源继续进行研究,不断完善其性能指标,有十分重要的意义。
1 系统整体结构
驱动电源的整体结构如图1所示,上位机对泵浦半导体激光器的工作电流和安限电流进行设置,通过RS232通信传输到单片机,单片机89C52RC进行处理,再由DAC转换成对应的模拟量,这一模拟量分别作为控恒流源的基准电压和安限控制电压。取样电路对输出电流实时取样,采样电压送到集成运放的反相输入端,构成一负反馈网络,输出电流由硬件进行闭环控制,保证恒流输出。同时,采样电压经ADC转换后输入单片机,与预设电压比较,通过内部的PID算法子程序来调整预设电压,从而形成了软件闭环控制。硬件和软件的双重闭环控制大大提高了输出电流的精确度。采样数据进行存储、上传,由上位机对电流进行显示。采样电流大小接近安限电流时,单片机控制蜂鸣器发出报警。
2 硬件电路
2.1 恒流电路
恒流源电路如图2所示,预置信号由单片机控制D/A产生,送入运放的同相输入端,控制MOS管的导通程度,输出相应的电流。输出电流被取样后产生取样电压,送入运放的反相输入端,与同相输入端的电压进行比较,负反馈闭环控制实现恒流输出,并且输出电流Id与控制输入电压之间是线性的关系。假设运放是理想的,简单分析可得:
可见,理想情况下输出的电流与输入电压是线性关系,并且电流是稳定的。但是由于元器件的不稳定性,输出电流会有波动。电流的稳定性受基准电压Vr、取样电阻Rs和反馈网络R1和R2的影响。对Io全微分得:
式中a1、a2、a3、a4分别表示基准电压、取样电阻、负反馈网络中R1和R2对电流稳定性的影响。根据电阻实际取值,a1和a2的值远大于a3和a4,所以输出电流的稳定性主要取决于取样电阻Rs的温漂和基准电压的稳定性。增加Rs的值可以减小取样电阻温漂带来的影响,阻值增加会使采样电阻的功耗急剧增加,所以取样电阻Rs选用光颉电阻TR35(50mΩ,±50 PPM/℃,精度为±0.5%)。调整管选用大功率MOS管IRL7833,其连续漏极电流最大值可达150A,RDS(on)最大值为44mΩ,开启电压VGS(th)最大值为2.3V,漏极和源极之间最大电压VDS为30V。和半导体激光器并联的二极管用于吸收反向电流,防止半导体激光器被反向击穿。
2.2 保护电路
在正常的工作环境之下,半导体激光器寿命能达数十万乃至百万小时,但不适当的工作环节会造成半导体激光器性能恶化,寿命减短。统计表明,半导体激光器突然失效,有一半以上的几率是由于浪涌击穿[3]。为光纤激光器泵浦的半导体激光器为大功率半导体激光器,价格相对较高,因此非常有必要设计保护电路。
设计了软件限流保护电路和硬件保护电路。取样电流送入单片机,由单片机判断是否超过安限电流,若超过,单片机立刻使设置的工作电流置零,同时报警。硬件限流保护电路如图3所示。若采样电流在安限范围内,MOS管工作在全导通状态;超过安限电流,MOS管工作在截止状态,关断流过电流,以防止过大的电流损害半导体激光器。
对半导体激光器的延时软启动保护是通过单片机软件实现的,这样可以简化硬件电路,也可以减小外界干扰对电路的影响。当上电时,单片机输出一启动控制信号,使高速开关Q1(图2所示)处于导通状态,这时输入电压被置零,延时2.5s后启动控制信号由高电平逐渐变为零,开关管Q1缓缓关断,输入的电压从0软起到预设值,整个过程为4.5s。
3 软件设计
系统软件主程序流程如图4所示,上电后复位,进行初始化,然后调显示子程序,用于显示安限电流和实际输出电流的大小。外部中断0和外部中断1分别对应安限电流设置按钮和输出电流设置按钮,按键扫描子程序用来判断是否有按键按下。若无键按下,则循环调用显示程序;若有键按下,则调相应的按键功能程序,计算出相应的电流值大小,然后调用显示子程序。对输出电流的PID算法软件闭环控制子程序如图5所示。当采样电流和设置电流的偏差大于10m A时,采用PD算法,这样可以加快响应时间,快速跟踪设定值;当偏差值小于10mA时,采用PID算法,消除控制误差,减小震荡;当偏差小于1mA时,保持不变,防止系统震荡,增强系统的稳定性。
4 试验结果及分析
电流稳定性是本电源的一个最重要指标。试验中用0.5Ω/200W电阻作为模拟负载,用数字电压表测量模拟负载两端电压,选择输出电流为1A时进行测试,测试时对模拟负载进行散热,把温漂的影响降到最低,测试数据曲线如图6所示。
稳定度=1.366×10-4,稳定度较高,符合设计要求。
给图2中Q1加入频率为1k的开关控制信号时,电源工作在脉冲状态下,模拟负载两端的电压波形如图7所示:电流没有过冲,上升时间为14.854μs,下降时间为1.777μs,速度较快,符合要求。
5 结论
所设计的半导体激光器驱动电路有过流、软启动、抗击浪涌保护功能,基于PID算法的内部软件闭环控制与外部硬件电路负反馈闭环控制的设计,大大提高了系统的稳定性。同时以单片机为主控芯片,实现了恒流源数控、数采和电流实时显示功能。本电源可以为用于泵浦光纤激光器的激光二极管注入恒定的工作电流。
摘要：报道一种为光纤激光器泵浦的半导体激光器驱动电源。采用大功率MOS管IRL7833为调整管,利用集成运放的深度负反馈工作状态实现恒流输出。采用单片机AT89C51实现PID算法进行软件闭环控制,以缩短系统的动态平衡时间,进一步提高系统的稳定性。给出了限流、延时软启动保护电路。经实验验证,系统稳定度高、实时性好,可以用于光纤激光器泵浦。
关键词：光纤激光器,恒流源,半导体激光器,泵浦
参考文献
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同轴封装半导体激光器的散热研究 篇4
光纤通信在21世纪进入了全新的发展阶段, 它对国民经济和国防建设的各个领域产生了深远的影响。而半导体激光器作为光纤通信的相干光源, 因具有转换效率高、体积小、重量轻、可靠性高、能直接调制以及能与其他半导体器件集成等优点, 在光通信中起着举足轻重的作用。尽管激光二极管 (LD) 是高效率的电子-光子转换器件, 但由于工作电流密度较高, 因而随着光输出功率的提高, 器件的发热密度也不断提升。在激光输出的同时, 会产生大量的热量, 从而引起LD有源区的温升。LD的工作特性对于温度的变化极为敏感, 有源区温度的升高会带来LD阈值电流增大、激射波长红移、模式的不稳定、内部缺陷增加以及严重地影响器件寿命等一系列不利影响, 器件的功耗也随之增大, 给应用带来了很大困难[1]。如果热量无法迅速散发, 还会导致器件可靠性降低甚至损毁。因此, LD热稳定性一直是人们关注的焦点之一。研究LD的传热特性对于保证LD的工作稳定性和可靠性有着重要的意义。目前, 国内外的研究热点大都集中在LD芯片的传热特性上[2], 而对于半导体激光器组件的传热特性研究较少。本文对同轴封装半导体激光器组件的散热特性做了较细致的研究, 其成果对LD组件的设计、优化和应用具有较重要的理论意义与实用价值。
1 半导体激光器内部热量的传递
1.1 半导体激光器的热源
半导体激光器的热源主要来自3个方面: (1) 非辐射复合释放的热量, 即电流注入有源区后, 电子与空穴的非辐射复合释放的热量; (2) 与光子吸收相关的过程产生的热:激光器激射后, 与光子吸收相关的过程产生的热包括自发辐射复合再吸收、自由载流子吸收以及其他对光子的散射、衍射和吸收等; (3) 欧姆热, 即由于电阻损耗而产生的欧姆热, 在大注入电流情况下更为突出。
1.2 半导体激光器组件内部热传导
组件内部LD芯片的热量必然引起LD芯片与其他部位和周围介质间的温度差。根据热力学第二定律, 有温差便有热量的传递。因此, 在半导体激光器组件内部存在3种热传递方式:热辐射、对流传热和热传导。
假设LD芯片产生的热量为Q, 由热辐射传递的热量为Qr, 对流传热传递的热量为Qcv, 热传导传递的热量为Qcd, 则有
发热的物体通过电磁波来传递能量的过程称为热辐射 (这种电磁波一般位于可见光范围之外) 。根据斯蒂芬-玻耳兹曼热辐射定律, 单位时间物体所发出的辐射能为[3]
式中, ε为物体的发射率 (习惯上又称黑度) , 其值总小于1, 一般为0.2~0.6;A为辐射表面积, 单位m2;T为绝对温度, 单位K;σ为斯蒂芬-玻耳兹曼常量, 其值为5.67×10-8 W/ (m2·K4) 。
本文中我们选取武汉电信器件有限公司制作的2.5 Gbit/s速率的激光器芯片来作散热研究, 激光器芯片的温度一般在400 K以下, 芯片大小为0.25 mm×0.25 mm×0.1 mm, 表面积为0.16 mm2, 黑度取0.5。由式 (2) 计算可得从激光器芯片辐射的热量Qr仅为0.1 mw, 因此激光器辐射散热可以忽略不计。
对流传热指的是固体表面与环流粘性流体之间的热交换[3]。对于半导体激光器组件而言, LD芯片是在密闭的金属管壳中, 其内部充满了氮气, 属于有限空间自然对流传热问题。假设是稳态传热, 在T=300 K下, 取氮气的物理特性参数如下:重力加速度g=9.8 m/s2, 普朗特数Pr=0.71, 运动粘度ν=15.620×10-6 m2/s, 壁面间距δ=2.97 mm, 温差取th-tc=8 K (th、tc分别表示腔体内壁面的高温和低温处的温度) , 体胀系数αν=1/T。计算自然对流的格拉晓夫数Gr和密闭空间的瑞利数Ra, 以确定流态[3]:
将数值代入式 (3) 和式 (4) , 计算得Ra=19.923。由于Ra<1 708, 浮升力尚不足以克服流体的粘性力, 不发生对流传热, 热量传递仅靠导热方式。因此, 对于半导体激光器组件的密闭空间而言, 管壳内部的气体对流换热是很微小的, 也可以忽略不计, 并不影响结果。经以上分析可以得到同轴封装的半导体激光器的主要散热过程如图1所示。
2 仿真分析
2.1 半导体激光器散热模型的建立
通过对多只常温 (296.2 K) 工作的激光器进行测试, 取其中一组典型值如下:工作电流If=30 mA, 工作电压Vf=1.23 V, 前向光功率Po=9.76 mW, 总功率减去前向光功率得到0.027 W, 由于激光器还有后向出光, 考虑透镜的耦合效率等损耗因素, 我们取激光器的发热功率Pt=0.02 W。因为主要是有源区发热, 所以将有源区设置为热源, 有源区大小设为0.25 mm×0.25 mm×0.2μm。同轴封装半导体激光器的各部分组成材料及其相关物理特性如表1所示。激光器外部空气对流传热系数取经验值h=30 W/ (m2·K) 。
基于SolidWorks的计算流体力学 (CFD) 分析软件, 可以直接使用原始的SolidWorks几何模型, 这样会给仿真分析带来极大的方便。首先用SolidWorks建立激光器几何模型, 再为其添加各部分材料, 并设置好边界条件, CFD就可以进行迭代计算直到激光器进入稳态。
2.2 典型的仿真结果分析
对TO56和TO38两种激光器进行热流分析, 得到的仿真结果如图2~图5所示。由图2和图4可以看出, 最高温度出现在LD管芯处, 由于过渡块氮化铝导热性能好, 绝大部分热量都通过过渡块传递到底座, 再由底座传到激光器帽子, 最后散发到外部环境中去。这个结果同前面的理论推导比较吻合。从图3和图5可以看出, 在所有表面温度中, 底座上的温度是最高的, 且底座最高温度出现在放LD管芯载体的正下方, 这是由于主要的热量都是通过底座传导出去, 并且LD管芯载体正下方离管芯的距离最近。由仿真结果可以看出, 相对环境温度296 K, 管芯温度上升了10 K左右, 而管芯和底座的温度相差不大, 这主要是因为过渡块和底座都是良好的导热体。
比较TO56和TO38的仿真结果可以发现, 处于稳态时TO38的温度比TO56略高一些, 这主要是因为: (1) TO56焊接激光器管芯和过渡块的载体比TO38要短, 且横截面积要大, 这样更有利于热量的传导; (2) TO56的外部表面积比TO38大, 这样就更有利于热量散失到外部环境中。
3 实验测试
具体的实验测试图如图6所示。在TO激光器里面粘上一个热敏电阻, 当激光器工作时, 可以通过测试热敏电阻的阻值来准确地监测管芯附近的温度。同时用点温计对激光器工作时的外壳温度进行检测。在室温为296.2 K时得到表2所示的典型测试结果。
实验测试结果与仿真结果吻合得比较好, 实验结果略小于仿真结果, 这是因为热敏电阻是放在过渡块的后面。从图6中可以明显地看出, 测试的是过渡块旁边的温度。TO计测试, 点温计本身会吸收表面的热量, 这也会对实验结果造成影响
4 结束语
本文对同轴封装半导体激光器的传热过程进行了理论分析, 利用CFD软件对其建立模型, 进行模拟仿真, 并设计实验对其进行了测试, 得到了其温度的分布, 仿真与实验结果非常吻合。从前面的理论分析和仿真可知, 我们可以通过缩短焊接激光器管芯和过渡块的载体的高度, 并尽可能增加其横截面积来加快其散热。从仿真和实验结果还可以看出, 激光器内部管芯的温度与外部管壳的温度相差不会很大, 我们在实际工作中可以通过测试管壳的温度来估测激光器内部管芯的温度。
摘要：通过对激光器传热过程的理论分析, 建立了同轴封装半导体激光器的物理散热模型, 利用计算流体力学 (CFD) 软件对TO56和TO38两种同轴封装的半导体激光器进行了散热模拟分析, 并设计了相关的实验 (在激光器里面装上热敏电阻) 对激光器管芯的温度进行检测, 实验结果与仿真结果非常吻合, 对激光器组件的设计有一定的指导意义。
关键词：同轴封装,半导体激光器,散热,计算流体力学
参考文献
[1]杨明伟.半导体激光器组件的传热特性与热电控制技术研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2006.
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半导体激光器的驱动电路设计 篇5
半导体激光器具有其它激光器无法比拟的特性, 如:低电压驱动、激励方式安全、效率高等, 广泛应用于远距离通讯、数字信号的存储和恢复、激光测距、全息应用等方面。半导体激光器对工作条件要求苛刻, 受工作温度和驱动电流的影响较大, 开发性能稳定可靠, 电流恒定输出的驱动电路对于半导体激光器正常工作具有非常重要的实用价值。
2 半导体激光器的基本特性
2.1 半导体激光器的基本工作原理
工作物质为半导体晶体的一类激光器, 称为半导体激光器又称为半导体激光二极管。基本原理:通过金属接触给PN结加上正向偏置, 在作用区内, 电子和空穴复合产生光子。当注入电流较小时, 注入结区的电子和空穴也较小, 辐射小于吸收, 此时激光器只能产生自发辐射, 出现普通的荧光;电流逐渐加大, 注入结区的电子和空穴增多, 这时将发射很亮的荧光。当注入电流增大到增益足以补偿损耗时, 才能产生谱线尖锐、模式明确的振荡, 此时才是真正的激光。
2.2 半导体激光器的噪声
影响半导体激光器输出功率漂移的因素很多, 可以分为电噪声和光噪声。光噪声是指输出光功率的涨落, 电噪声是指激光端电压的涨落, 也称为TEN。从噪声产生的机理上划分, 半导体激光器的噪声主要分为:光子的自发辐射噪声、电噪声、热噪声、老化噪声等。
2.3 半导体激光器的功率-电流特性与温度特性
功率-电流特性是半导体激光器重要的特性, 是系统设计的重要依据。当激光器注入电流较小时, 自发辐射占据主导地位, 输出的光为荧光;随着注入电流的逐渐增大, 开始产生受激辐射, 输出光功率也逐渐增加, 当注入电流增大到某一值时, 输出光功率急剧增加, 这个电流就是阈值电流, 常用符号Ith来表示。当注入电流大于阈值时, 激光器发出激光。
阈值电流与温度的关系, 可以表示为
Ith (T) =Ioexp (T/T0)
式中T为器件的绝对温度;T0为半导体激光器的特征温度;Io为常数, 它是T=T0时阈值电流的1/e。Io与激光器所使用的材料与结构有关。T0越大, 器件的温度特性越好。
3 半导体激光器的驱动电路设计
半导体激光器驱动电路系统主要包括恒压源电路、恒流源电路、半导体激光器 (LD) 及光电探测器 (PD) 四个部分。
3.1 恒压源电路
恒压源电路图如图1所示。原理如下:由基准电压二极管得到+7.5V电压, 经过运算放大器1反相等比例放大得到-7.5V电压, 再由R4电位器分压, 得到负设置电压V1, 然后用运算放大器2进行反相等比例放大得到正设置电压V2。
3.2 恒流源电路
图2为中使用的恒流源电路图。其工作原理如下:通过调节电位器R1, 给集成运算放大器 (简称运放) 正相输入端一个偏置电压V, 由通过运放输入端对电压虚短、电流虚断的原理可知, 运放的反向输入端电压也为V, 于是三极管的发射极电压为V, 发射极对地只有一个电阻R3, 所以从三极管发射极流出的电流为Ie=V/R3。由于流过三极管基极的电流几乎为零, 所以流过半导体激光器的电流就是I0=Ie=V/R3, 这与恒流源接入的负载大小无关, 所以说这个电路是恒流源电路。
4 驱动电路的测试
实验中先用恒流源电路驱动半导体激光器, 并对其功率-电流特性与温度特性进行测试。然后根据测得的功率-电流特性曲线, 计算出曲线的斜率效率, 再根据斜率效率完成功率稳定电路的设计。实测的半导体激光器的阈值电流为16mA, 比参数值小的多, 说明半导体激光器的性能比预想的要好;计算可得斜率效率η=0.659V/mA。
图3为注入电流I0=26m A时示波器测得的Vs噪声谱。由图可知, Vs波动幅度为±22mV。当注入电流I0=26m A时, Vs=6.96V, 因此激光器的输出功率稳定度为±22mV/6.96V≈±3.35‰。实验中选用一块小散热片来实现对温度的简单控制。加上散热片之后的Vs噪声谱如图4所示。加上散热片之后Vs波动幅度减小为±12.2mV, 此时输出功率稳定度为±12.2m V/6.96V≈±1.75‰。可见, 加上散热片之后激光器的输出功率稳定度得到了提高。
参考文献
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半导体激光器驱动及温控系统研究 篇6
关键词：半导体激光器,驱动系统,温控系统
随着科技水平以及科学期间的发展, 半导体物理学也得到了质的发展, 并孕育了半导体激光器[1]。半导体激光器具有体积小、重量轻、能耗低、效率高、可靠性强的特点, 半导体激光器的问世极大的推动了电子科技的发展, 并且广泛应用于测距、雷达、通信等多领域的模拟数字器件集成中, 极大降低硬件和元器件电路的成本。文章就半导体激光器驱动和温控系统进行研究。
1 半导体激光器恒流驱动设计
1.1 整体设计
半导体激光器驱动的整体设计如图1, 半导体激光器驱动整体系统包括单片机控制模块、系统电源模块、恒流源和温控模块、等等几个主要组成部分。在半导体激光器运行中, 注入的电流与器件温度有密切的关系。注入的电流越大, 器件的温度也会越高[2]。当激光器器件的温度升高, 激光器输出电流的功率以及波长又会受到温度的影响。因此, 半导体激光器的驱动系统必须协调恒流模块和温控模块两部分的关系, 确保两个模块在半导体激光器运行过程中能够同时工作, 而且两个模块会相互配合, 共同实现控制工作。
1.2 驱动电路设计
驱动电路设计有时序产生电路设计、脉冲产生电路设计以及开关电路设计三种。在激光探测技术中, 由于探测信号需要遵循探测系统的时序求求才能发送, 因此需要采用时序信号控制。当前激光探测系统中, 一类由时序电路自身产生, 另一类则有外部输入时钟进行分频或倍频产生。脉冲产生电路设计则是由于电路要求前一级电路需要具备较强的驱动能力, 因此脉冲产生电路的要求为能够产生开关连读所需的激励信号, 而且电路输出端的驱动必须具备较高的能力。开关电路有开关器件、充电元件以及其他的电阻电容等诸多元件组成。半导体激光器驱动电路使用的开关电器可分为双极性高额大功率晶体管、晶体闸流管电流两种, 双极性高频大功率晶体管的电路较为复杂, 因而应用较少。而晶体闸流管的电路简单, 使用于激光器, 但是开关速度对其限制较大。
2 半导体激光器温控系统设计
2.1 半导体激光温控系统方案
2.1.1 半导体激光器温度控制系统方案
依据控制原理以及组成结构, 经典温控系统可分为开环控制系统、闭环控制系统以及复合控制系统三种。开环控制系统是指控制器和被控对象的单项控制过程, 即只有输入才能控制系统输出, 因此开环控制系统控制的精确度不高, 抗干扰性较差。开环控制系统依据顺序控制系统控制输入装置、检测元件、执行机构和被控对象, 即依据时序进行逻辑控制。因此, 开环控制系统应用的测量过程的控制具有精准对要求低、控制点少且易取得数量的特点。
2.1.2 闭环控制系统
闭环控制系统是建立在反馈原理基础上的控制系统, 而且它依照偏差进行控制, 因此闭环控制系统也被称为反馈控制系统。和开环控制系统相比, 闭环控制系统不仅具有正向作用, 闭环控制系统还具有反馈作用。即系统输出量可直接影响控制量。闭环控制系统将负反馈控制系统引入反馈控制系统中, 不仅可以有效减少系统产生的偏差, 而且控制的精度和范围也得到极大的提升[3]。因此, 半导体激光器温控系统多采用闭环负反馈控制系统结构。当控制器处理系统输出与输出的偏差量后, 输出的控制量调节被控对象的问题, 而且被控对象的温度被实时反馈到偏差量, 从而达到实时、精准控制被控对象温度的目的。
2.2 半导体激光器温度控制系统的硬件设计
温控系统的硬件系统包括温度检测采集、微控制器、键盘设定、存储卡、温度控制机处理、键盘处理等多个模块[4]。硬件系统工作过程:温度传感器测量被控对象的问题, 再将测量结果转换为既定的数字信号并传递至温度检测采集模块, 由温度检测采集模块处理转换信号。LCD显示屏也同时显示被控对象的测量温度, 并将处理的信号传输至微处理器上, 通过既定的算法计算、调整等步骤, 使信号成为温度执行数据。最后, 温度执行数据被传送至执行模块内, 完成加热被控对象, 获奖被控对象降温。存储模块不仅可以存放即时文件, 还能系统运行时产生的所有数据, 以便进一步分析控制结果。此外, 温控硬件模块控制系统还具备一定的安全报警功能, 对被控对象出现过亚、超温等问题, 系统会自动发出警报。
3 结语
随着数据信号处理技术的进步, 基于数字信号处理的半导体激光器设计在未来发展中具极大前景, 凭借数字信号处理强大的运算能力, 可以改进当前半导体激光器中数字适应性差和运算能力低下的问题, 提高工作运行的稳定性和可靠性。
参考文献
[1]张悦玲, 杨绍岩, 张晓娟.基于MSP430F449的半导体激光器温控系统设计[J].光电技术应用.2012, (03) .
[2]周冠军, 张雪松, 蔡军, 杨海波.高温环境下高功率半导体激光器驱动电源设计[J].光电技术应用.2012, (05) .
[3]张晶, 刘东明.半导体激光器驱动电路的计算机仿真分析[J].计算机仿真.2009, (12) .