开题报告-王荷叶

脉冲光纤激光器光功率计的设计与研究

开题报告

班级（学号）：测控0801（2008010662）姓名：王荷叶

指导教师：祝连庆教授

一、综述

（本课题研究的意义、研究的现状、发展以及现阶段成果）

关于脉冲光纤激光器光功率计的设计与研究，脉冲光纤激光器的的研究有着十分深远的意义，随着光通信网络及相关领域技术的飞速发展，光纤激光器技术正在不断向广度和深度方面推进。将为光纤激光器的设计提供新的对策和思路。尽管目前多数类型的器件仍处于实验室研制阶段，但已经在实验室中充分显示其优越性。目前光纤激光器的开发研制正向多功能化、实用化方向迈进，可以预见，光纤激光器将必将在未来光通信、军事、工业加工、医疗、光信息处理、全色显示和印刷等领域中发挥重要的作用。

脉冲光纤激光器在最近几年成为研究和关注的热点，但光纤激光器并非新生事物，就在激光器诞生后的第二年即 1961 年，美国光学公司(American Op tical Corporation )的 E. Snitzer采用灯泵浦 0. 012英寸 (约 304μm )和 32μm 两种直径的光纤 (纤芯材料是掺Nd3 +钡冕玻璃 ( bariumcrown glass) ,包层是苏打-石灰-硅酸盐材料) ，观察到了中心波长为 1. 06μm 的受激辐射现象，这是国际上最早报道的光纤激光器。1964年C. J. Koester和 E. Snitzer又发表了多组份玻璃光纤中的光放大结果。不久以后，光纤激光器被用于光学信息处理方面的工作，但由于当时条件的限制，此后光纤激光器的发展基本停滞不前。

进入21世纪后，高功率双包层光纤激光器的发展突飞猛进，最高输出功率记录在短时间内接连被打破，前单纤输出功率(连续)已达到2000W以上。IPG ( photonics)公司凭借在2000年获得的1亿美元的风险投资异军突起，展示了各式光纤激光器和放大器 : S、C、L 波段的各种光纤放大器、高功率的 EDFA、拉曼光纤激光器和双波长拉曼光纤激光器。它推出一系列的掺Yb高功率光纤激光器，现在输出功率有直到50 kW的产品可供选择。德国的IPHT 也有极高的研发和制造水平，它们也加入到新产品的市场竞争中来。现在已经有多台千瓦级光纤激光器在美国、欧洲、亚洲投入到工业加工或科学研究中。

国内从20世纪80年代开始这个领域的研究工作，如上海光机所、清华大学、华中科技大学、中国科学技术大学、天津大学以及邮电部和电子部所属的一些研究单位，在光纤激光器、放大器和相关器件的研究中都取得了一定的进展。国内掺Yb3 +双包层光纤激光器的研究起步较晚。南开大学开展掺镱双包层光纤激光器的研究工作，并取得了一系列的科研成果，特别是在双包层光纤光栅方面取得了开创性成果。上海光学精密机械研究所则在光纤激光器研制方面开展了许多重要的工作，经过对抽运光的整形，大大提高了耦合效率，报道的百瓦量级的掺镱双包层光纤激光器，实现了高达 70%的光转换效率。2005年，烽火通信科技股份有限公司与上海光机所楼棋洪研究员等合作，成功研制出功率高达440W 的掺镱双包层光纤激光器,其中双包层掺镱光纤由烽火公司拉制。最近，他们采用烽火公司的大模场面

积双包层光纤，又将功率值提升到 714W。中国兵器装备研究院报道单纤功率突破1kW。但总的来说，国内研究滞后国外几年时间，关键性制约因素是缺乏自主研制光纤制作设备和开发高功率泵浦半导体激光器的能力。

二、研究内容

（研究方向，研究内容、系统功能）

该课题主要是根据光纤激光器的功能特点，研究方向是设计一个可以通过信号发生器将激光功率的模拟信号显示在数码管上的设备。首先要实现这样的一个设计构思，初步需要以下几个部分内容进行研究：

（1）对模拟信号的放大，以及峰值保持。（2）通过AD转换将模拟信号转换为数字信号。

(3)通过单片机将数字信号进行分析处理。（4）将模拟信号转换为功率显示在数码管上。(5)设置报警装置。对于该系统的功能是最终实现光功率的显示，通过具体的细化分析研究之后，就可以进行整个系统的初步构架了。原理图设计完之后，经过分析论证，MATLAB软件仿真，经过反复检测没有问题，方可进行电路板的制作，最后就是对元器件的排版焊接和电路板的调试。上述的基本操作过程就是脉冲光纤激光器光功率计的设计与研究的初步方向内容以及要实现的功能。

三、研究方法及预期目标

（包括实施的初步方案、重点、难点及环境）

（1）分析整个电路的构成，将电路的设计分为几个大的部分，有条理有顺序的进行完成各部分的设计要求；

（2）通过仿真软件将电路设计的所需的元器件连接进行软件仿真；

（3）在完成软件仿真后，用ptotel制作电路板对元器件的排版焊接和电路板的调试。研究条件和实验条件：

（1）计算机一台；

（2）示波器、直流稳压电源、万用表、信号发生器各一台；

（3）电路板、电烙铁一把、焊锡丝若干、不同阻值电阻电容若干。

（4）Opa234 ne5532 c51单片机 adc0804等基本芯片。

（5）系统框图如图3.1所示。

图3.1系统框图

可能遇到的问题与其解决方案：

1.在光信号的采集、放大、滤波过程中，需要设计一套比较完善的放大滤波电路，其中为避免噪声计外界干扰，对于放大滤波电路的设计要求精度要高。

2.在通过单片机进行编程的过程中，软件的编程时比较难的一个环节。

单片机在分析和处理的过程中，不能准确采样到更加明显和稳定的峰值。

解决的方法和措施

1.找到比较完整的，并且通过多级放大滤波来解决噪声和干扰的问题，或者通过直接接入模块已解决类似问题。

2.在进行软件程序编程之前，需要比较深入的了解单片机编程的基本方法和技巧，熟练掌握单片机编程的特点。

3.在第一次设计的整体电路图中，我没有在信号采集，放大，滤波后加入峰值保持电路，而是通过A/D转换直接进行了模拟信号到数字信号的转换，后经过分析可知，这样单片机不能够直接采样到峰值，所以我又增加了一个峰值保持电路的环节，目的是通过峰值保持器采样到频率比较高的正弦波，这样做能够更加充分的保证单片机采样到峰值，使得噪声以及外部干扰降低到最小。

四、对进度的具体安排（宋体、小四号、加粗）

第 1-3 周：搜集资料，初步完成开题报告

第 4 周：对设计的方案进行理论分析

第 5-6 周：完成系统硬件设计环节

第 7-9 周：完成系统软件设计环节

第 10-12 周：对整体设计实物进行调试

第 13-14 周：开始写毕业论文

第 15 周：修改完善毕业论文

第 16 周：毕业设计答辩前准备工作