半导体激光器的输出功率控制及输出光信号调制_魏佩敏
基于FPGA的数字激光自动功率控制系统设计
２ Ｓ ｈ ｏ ｏ ｎｏｍ ｔ ｎＥ ｇｎｅｉ ， ｈ ｇａ ｎ ｅ ｉ ， ｉａ １０４， ｈｎ ） ． ｃｏ ｌｆＩ ｒ ａｉ ｎ ｅｒ ｇ Ｃ ａ ’ Ｕ ｉ ｒｔ Ｘ ’ｎ７ ０ ６ Ｃ ｉ ｆ ｏ ｉ ｎ ｎ ｎ ｖ ｓｙ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ｕ ｏ ｔ ｏ ｒｃ ｎｒ ｌｏ ｍｉｏ ｄ ｃ ｏ ｓ ｒ Ｓａ ｍｐ ｒ ｎ ｙ ｔ ｏｖ ｅ ｐ ｏ ｌ ｍ ｆ ｈ ｅ ｈ ｌ ｒ ｔ Ｉ ｓｒ ｃ：Ｔ ｅ ａ ｔ ｍａ ｉ ｐ ｗｅ ｏ ｔ ｆ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔｒｌ ｅｓ ｉ ｎ ｉ ｏ ｔ ｔ ｃ ｏ ｓ ａ ａ ｗａ ｓ ｌｅ ｔ ｒ ｂ ｅ ｏ ｒ ｓ ｏｄ ｄ ｆ ｎ ｏ ｈ ｔ ｉ ． ｔ ｉ ａ ｅ ｉｉ ｌ ｌｓ ｒ Ａｕ ｏ ｔ ｏ ｒ Ｃｏ ｔ ｌ Ｓ ｓ ｍ ｓ ｄ ｓｇ ｅ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ａ ｄ ｇｔ ａ ｅ ｔ ｍａ ｉ Ｐ ｗｅ ｎ ｒ ｙ ｔ ａ ｃ ｏ ｅ ｗａ ｅ ｉｎ ｄ，ｗ ｉｈ ｗａ ｏ ｏ ｅ ｆ ｌ ｓ ｒ ｄ ｔｃ ｉｎ，Ａ／ ｈ ｃ ｓ ｃ ｍｐ ｓ ｄ ｏ ａ ｅ ｅ ｅ ｔ ｏ Ｄ
其 工 作 原 理 是 ：将 半 导 体 激 光 器 Ｌ 背 向 输 出 的 光 功 率 Ｄ 经 背 向 光 探 测 器 Ｐ 进 行 检 测 后 ， 换 成 模 拟 电压 信 号 ， 模 Ｄ 转 该 拟 电 压 信 号 经 过 ＡＤ 转 换 芯 片 的采 样 和 转 换 ．转 换 成 代 表 ／
作 者 简 介 ： 文 家 （９ ８ ） 男 ， 西 西安 人 ， 士 ， 梁 １７ 一 ， 陕 硕 工程 师 。研 究 方 向 ： 电气 自动 化 ， 交通 信 息 工程 及 控 制 。
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１ — ５１
《 电子设 计 工程 ｝０ ２年 第 １ ２１ 期
808nm半导体功率放大激光器增透膜研究的开题报告
808nm半导体功率放大激光器增透膜研究的开题报告一、选题背景和意义随着现代信息技术和材料科学技术的快速发展，激光器技术在通信、医学、军事、工业制造等领域中得到广泛应用。
其中，半导体功率放大激光器（semiconductor power amplifier，SPA）由于具有简单、小型、高效、可调节输出功率、低成本等优点而备受关注。
然而，SPA激光器的输出功率和效率受到增透膜的影响。
增透膜是SPA激光器中的关键组成部分，其主要作用是降低反射率和增加透过率，提高激光器的光输出效率。
因此，对增透膜的研究具有重要的理论和应用意义。
二、研究内容和目标本课题旨在研究808nm波长下的增透膜，主要包括以下研究内容：1. 分析不同结构的增透膜对SPA激光器输出功率和效率的影响；2. 研究不同材料的增透膜在808nm波长下的透过率和反射率；3. 利用模拟软件对不同结构和材料的增透膜进行模拟分析；4. 实验制备具有不同结构和材料增透膜的SPA激光器，并测试其输出功率和效率；5. 对实验结果进行分析和比较，优化SPA激光器的增透膜结构和材料。
本课题的研究目标是设计出适用于808nm波长下的增透膜，提高SPA激光器的输出功率和效率，为激光器技术的应用和发展做出贡献。
三、研究方法和技术路线本课题将采用以下研究方法：1. 文献综述：对SPA激光器和增透膜的相关理论和实验研究进行深入阅读和综合分析，为本课题的研究奠定基础。
2. 模拟分析：采用软件对不同结构和材料的增透膜进行模拟分析，预测其透过率和反射率，为实验设计提供依据。
3. 实验制备：根据模拟分析结果，选择不同材料和结构进行增透膜的制备和表征，制备具有不同结构和材料的SPA激光器。
4. 实验测试：对不同结构和材料的SPA激光器进行测试，测量其输出功率和效率，分析不同增透膜对SPA激光器性能的影响。
5. 结果分析：对实验结果进行分析和比较，优化SPA激光器的增透膜结构和材料，完成本课题的研究目标。
半导体激光器件中的腔内相位调控与特性分析
半导体激光器件中的腔内相位调控与特性分析引言：半导体激光器件是现代光电子技术中非常重要的组成部分，广泛应用于通信、显示、医疗和材料加工等领域。
腔内相位调控是一种影响激光器件性能的关键技术，可以实现激光发射波长、功率和模式的调节。
本文将介绍半导体激光器件中腔内相位调控的原理与方法，并分析其对激光器件性能的影响。
一、腔内相位调控的原理与方法1.1 相位调控的原理半导体激光器件内部的光源通过与电流的相互作用实现激发，并产生激光输出。
而腔内相位调控是通过改变激光器腔内的相位差实现对激光有效强度和波长的调节。
常用的相位调控原理包括电光效应、热效应和调制节律控制等。
1.2 相位调控的方法在实际应用中，相位调控可以通过多种方式实现。
其中，电光效应是一种常见的调控方法，通过在半导体器件中加入光电二极管或电光晶体等器件，利用外界施加电场的方式调节光学路径长度，进而改变光的相位差。
另外，热效应调控也是一种有效的调控方式，通过调节半导体激光器件的温度，可以改变介质的折射率，从而改变相位差。
此外，调制节律控制也是一种常见的相位调控方法，通过调整激光器件的输出频率和脉冲信号，实现相位的调节。
二、腔内相位调控对激光器件性能的影响2.1 激光器件频率特性调节通过腔内相位调控技术，可以实现对激光器件的频率特性进行调节。
在光通信领域，频率特性的调节对于实现高速光通信和多信道通信具有重要意义。
通过改变相位差，可以调节激光器件的频率响应，使其更好地适应不同频率传输要求，提高通信质量和可靠性。
2.2 激光器件波长调节另一方面，腔内相位调控技术可以实现对激光器件的发射波长进行调节。
在光通信和光谱分析等领域，波长调节对于满足不同应用需求、实现多波长光源具有重要意义。
通过改变相位差，可以改变激光器件的光学路径长度，进而调控激光的发射波长，实现对光学信号的精确调节。
2.3 激光器件功率调节此外，腔内相位调控技术还可以实现对激光器件的输出功率进行调节。
半导体激光器件中的光电调制与频率锁定研究
半导体激光器件中的光电调制与频率锁定研究激光器件作为现代通信和光电子技术的重要组成部分，在各个领域中发挥着重要的作用。
为了满足不同应用需求，研究人员一直在努力提升激光器件的性能和稳定性。
其中，光电调制和频率锁定是两个研究热点，它们在半导体激光器件中起到了关键的作用。
光电调制是一种通过电场来调控光信号的技术。
通过对半导体激光器件中的载流子进行控制，可以实现对输出光的幅度、相位或频率的调制。
这种调制技术在通信领域中广泛应用，例如光纤通信中的光调制器和激光雷达中的激光调制器等。
在半导体激光器件中，常用的光电调制方法有三种：直接调制法、外差调制法和外场调制法。
直接调制法是最简单的一种方法，它通过改变激光器件内部载流子的浓度，来实现对输出光的调制。
这种方法的优点是简单易实现，但缺点是调制带宽有限，不适用于高频率调制。
外差调制法是利用光的干涉效应来实现调制的一种方法。
在这种方法中，激光器件发出两个频率相同、相位差固定的光信号，一个作为信号光，另一个作为参考光。
通过改变信号光和参考光之间的相位差，可以实现对输出光的调制。
这种方法的优点是调制带宽高，适用于高频率调制，但需要复杂的光学系统支持。
外场调制法是最常用的一种方法，它通过外加电场来实现对输出光的调制。
在这种方法中，激光器件的结构中引入了外部电极，在施加电场的作用下改变激光器件内部的折射率，从而实现对输出光的调制。
这种方法的优点是调制带宽较大，并且适用于高频率调制。
它在通信领域中得到了广泛应用。
频率锁定是另一个重要的研究课题，它通过控制激光器件的输出频率，使其与其他光源或器件同步。
频率锁定的应用非常广泛，例如在光纤通信中，频率锁定可以实现光信号的稳定发送和接收；在光谱分析领域，频率锁定可以实现高分辨率的频谱测量；在光学钟和激光雷达等领域，频率锁定也具有重要的作用。
实现频率锁定有多种方法，常用的方法包括光学反馈环路、频率鉴相器、锁相放大器等。
光学反馈环路是一种基于光学干涉效应的频率锁定方法，它通过将一部分激光输出光反射回激光器件内部，通过外界对激光器件的调节，使其输出频率与反射光的频率同步。
光功率自动控制电路
光功率自动控制电路摘要:介绍一种采用美国B-B公司三个放大器INA114、OPA177和OPA547构成的光功率自动控制电路。
该电路具有集成度高、元件少、造价适中、性能稳定的特点。
并已在实际应用中取得良好效果。
关键词:仪表放大器电压跟随器功率自动控制光纤通讯 INA114 INA177 OPA547在光纤通讯系统中,光发送电路主要由光源驱动器、光源(主要是半导体光源,包括LED、LD等)、光功率自动控制电路(APC)、检测器、温度自动控制(ATC)以及告警电路等部分组成。
其组成结构如图1所示。
要使半导体激光器克服供电电源波动、器件老化等因素的影响,确保激光器输出功率稳定,就必须设计自动功率控制(APC)电路。
1 激光器的调制及背光耦合为了方便进行自动功率控制,通常半导体激光器内部将激光器LD与背向光检测器PIN集成在一起,其典型工作特性如图2所示。
根据背向光检测器PIN对LD的耦合特性(见图3)可设计适当的外围电路,以完成对LD的自动光功率控制。
2 三个主要器件由于工作需要,我们选用美国B-B公司生产的三种运算放大器INA114、OPA177和OPA547为光发射机设计了自动功率控制(APC)电路,该电路具有集成度高、元件少、造价适中、性能稳定的特点,实际应用效果较果,现介绍如下:INA114是一种低价格、小体积的通用仪表放大器,精度较高。
由于在产生中采用了激光工艺,从而使INA114具有非常低的失调电压(50μV)和温漂(0.25μV/?)以及很高的共模抑制比(G=1000时为115dB),工作电压可以以低至?2.25V,很适合于电池供电的便携式仪器或采用+5V供电的系统中,静态电流最大为3mA。
采用8脚塑料或陶瓷DIP封装或16脚贴面封装形式,工作温度范围为-40?,+85?。
其8脚封装的引脚排列如图4所示。
OPA177是一个精密双极性运算放大器,它个有非常低的失调电压(?10μV)和温漂(0.1μV/?)。
970_nm高功率光栅外腔可调谐半导体激光器
第 44 卷第 4 期2023年 4 月Vol.44 No.4Apr., 2023发光学报CHINESE JOURNAL OF LUMINESCENCE970 nm高功率光栅外腔可调谐半导体激光器苏鹏，高欣，张悦，赵仁泽，伏丁阳，薄报学*（长春理工大学物理学院高功率半导体激光国家重点实验室，吉林长春 130022）摘要：宽条形半导体激光器广泛应用于激光泵浦、激光加工等领域。
针对宽条型半导体激光器输出光谱宽、调谐范围小的问题，采用衍射效率分别为28%和55%的反射式衍射光栅作为反馈元件构建了宽条形970 nm 波长光栅外腔半导体激光器。
研究了Littrow结构激光器参数对其性能（调谐范围、功率、阈值电流、线宽）的影响。
实验结果表明，通过结构优化可得到窄线宽可调谐激光输出，适当地提高温度和使用较高衍射效率的光栅可增加激光器调谐范围，并且较高衍射效率的光栅可降低激光器的阈值电流。
基于S偏振入射方式的光栅外腔激光器最大可实现27.87 nm的波长调谐范围，光谱线宽压窄至0.2 nm，输出功率可达1.11 W。
关键词：半导体激光器；衍射光栅；波长调谐；阈值电流中图分类号：TN248.4 文献标识码：A DOI： 10.37188/CJL.20220354High Power 970 nm Semiconductor Laser WithA Tunable Grating External CavitySU Peng， GAO Xin， ZHANG Yue， ZHAO Renze， FU Dingyang， BO Baoxue*（State Key Laboratory of High Power Semiconductor Lasers， School of Physics， Changchun University of Science and Technology，Changchun 130022， China）* Corresponding Author， E-mail： bbx@Abstract：Broad-area stripe semiconductor lasers are widely used in laser pumping，laser processing and other fields. In order to solve the problems of wide output spectrum and small tuning range of broad-area stripe semiconduc‑tor lasers， reflective diffraction grating with diffraction efficiency of 28% and 55% was used as a feedback element to construct a broad-area 970 nm semiconductor laser with a grating external cavity.The effect of the parameters of semiconductor laser with a grating external cavity in Littrow configuration on its performance （tuning range， power，threshold current， linewidth） was investigated. The experimental results show that the tunable laser output with nar‑row linewidth can be obtained by optimizing the structure， the tuning range of the outer cavity laser can be increased by increasing the temperature appropriately， the tuning range of the outer cavity laser can be improved and the thresh‑old current can be reduced by using a grating with higher diffraction efficiency.The maximum wavelength tuning range of semiconductor laser with a grating external cavity based on S-polarization is 27.87 nm，the spectral line‑width pressure is narrowed to 0.2 nm， and the output power can reach 1.11 W.Key words：semiconductor laser； diffraction grating； wavelength tuning； threshold current1 引 言半导体激光器因结构简单、输出功率高、可靠性好等优势受到业界广泛关注并被应用到众多领域[1-4]。
光波调制实验报告总结(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在使学生了解光波调制的基本原理，掌握光波调制的实验方法，并能够运用实验结果分析调制效果，从而加深对光波调制技术的理解。
二、实验原理光波调制是指将信息信号（如电信号、声信号等）加载到光波上，通过改变光波的某些参数（如幅度、频率、相位等）来实现信息传输的过程。
根据调制参数的不同，光波调制可分为幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）等。
三、实验器材1. 光源：半导体激光器2. 调制器：电光调制器3. 信号发生器：正弦波信号发生器4. 光功率计：光功率计5. 光纤：单模光纤6. 光路调节器件：光分路器、光纤连接器、光纤耦合器等四、实验步骤1. 准备实验光路，包括光源、调制器、光纤等。
2. 使用信号发生器产生所需频率的正弦波信号，并将其输入到电光调制器中。
3. 将调制后的光信号输入到光纤中，通过光纤传输。
4. 使用光功率计测量调制前后光功率的变化，分析调制效果。
5. 改变调制信号的频率、幅度和相位，观察光功率的变化，分析调制参数对调制效果的影响。
五、实验结果与分析1. 实验结果显示，在调制信号频率为10MHz时，调制后的光功率比调制前的光功率增加了约10dB。
2. 当调制信号幅度增加时，调制后的光功率也随之增加，但增加幅度逐渐减小，表明调制深度有限。
3. 当调制信号相位改变时，调制后的光功率基本不变，说明相位调制对光功率的影响较小。
六、实验总结1. 通过本次实验，我们掌握了光波调制的基本原理和实验方法。
2. 实验结果表明，光波调制是一种有效的信息传输方式，具有传输速度快、抗干扰能力强等优点。
3. 在实验过程中，我们注意到调制深度对调制效果有较大影响，需要根据实际需求选择合适的调制深度。
4. 实验过程中，光纤连接器、光纤耦合器等器件的连接质量对实验结果有较大影响，需要保证连接质量。
七、改进建议1. 在实验过程中，可以尝试使用不同类型的调制器，比较其调制效果，进一步了解不同调制器的特点。
《半导体光电子学课件》下集4.7分布反馈半导体激光器课件
传感领域的应用
01
02
03
气体传感
DFB激光器用于气体传感 ，通过检测气体对光的吸 收光谱实现气体浓度的测 量。
生物传感
DFB激光器用于生物传感 ，通过检测生物分子对光 的吸收或荧光光谱实现生 物分子检测。
光学陀螺
DFB激光器用于光学陀螺 中，通过检测激光束的偏 振状态变化实现角速度的 测量。
激光雷达领域的应用
干涉效应使得DFB激光器能够产生单波长输出， 并且具有较高的光谱纯度。
DFB半导体激光器的结构特点
DFB半导体激光器的结构 通常包括有源区、反射镜 和光限制层等部分。
有源区是产生光增益的区 域，通常由掺杂的半导体 材料组成。
反射镜通常由DBR结构构 成，其周期性折射率变化 使得光在反射镜表面发生 相干反射。
03
DFB半导体激光器的应用
光通信领域的应用
光纤通信系统
相干光通信
DFB半导体激光器作为光源，用于产 生稳定、单色的光信号，通过光纤传 输实现高速、大容量的信息传输。
DFB激光器用于产生相干光信号，通 过相干检测技术提高通信系统的性能 和可靠性。
波分复用技术
DFB激光器作为光源，用于实现波分 复用技术，提高光纤通信系统的传输 容量和效率。
此外，DFB激光器的制造成本也较高 ，这限制了其在某些领域的应用。
DFB半导体激光器的制造工
02
艺
材料的选择与制备
01 半导体材料
选择合适的半导体材料，如GaAs、InP等，以满 足DFB激光器的性能要求。
02 衬底制备
对衬底进行清洗、研磨、抛光等处理，确保其表 面质量和晶体取向的准确性。
03 外延生长
阈值电流与输出功率测试
采用实时功率反馈的半导体激光器幅度调制方法
第9期
红外与激光工程
第 48 卷
0引言
有 线 电 视 (Cable Television，CATV)、 激 光 通 信 、 相位式激光测距和目标探测等应用场合都需要对半 导体 激 光 器(Laser Diode，LD)的 输 出 光 功 率 进 行 连 续 波 幅 度 调 制(Amplitude Modulation Continuous Wave， AMCW)[1-2]。 然而 LD 具有阈 值特性，其阈值电流随温 度的升高而变大，而且也会随着调制频率的增加而发 生 变 化[3-4]，从 而 影 响 LD 输 出 光 功 率 的 稳 定 ，为 了 维 持 LD 输 出 光 功 率 稳 定 ， 一 般 采 用 自 动 温 度 控 制 (Auto Temperature Control，ATC) 技 术 或 自 动 功 率 控 制(Auto Power Control，APC)技术[5]。 由于温度 控制具 有功耗高和体积大的缺点，因此在对光谱要求不高的 应用中普遍采用 APC 技术。 传统采用 APC 技术 的幅 度 调 制 方 法 如 下 ：通 过 光 电 二 极 管(Photodiode，PD)监 测 LD 输 出 的 平 均 光 功 率 ，再 把 输 出 的 平 均 光 功 率 和 设定 功 率 值 比 较 ，根 据 比 较 结 果 及 时 调 整 LD 的 工 作 电流[6-8]，从 而 维持 LD 输出 的 平 均 光 功 率 稳 定 。 该 调 制方 法 的 LD 工 作 电 流 得 到 补 偿 ，可 工 作 于 较 大 地 温 度 范 围 ， 然 而 只 对 LD 的 平 均 功 率 进 行 反 馈 ， 并 未 对 调制电流产生的调制功率进行反馈，因此存在以下缺 点：(1) LD 的外微分量子效率随温度升高越来越小[9-10]， 导 致 LD 的 调 制 功 率 幅 度 随 温 度 的 升 高 而 变 小 ； (2) 在 阈 值 电 流 以 上 ，LD 的 P-I 线 性 区 一 般 很 小 ，因 此 调 制 波 形 非 线 性 失 真 严 重[11-12]。
单模太赫兹半导体激光器高精度调谐
单模太赫兹半导体激光器高精度调谐特性研究管玟1，2，李子平1，马旭红1，3，王晨捷1，3，万文坚1，曹俊诚1，3，黎华1，3*（1.中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海200050；2.上海科技大学，上海201210；3.中国科学院大学，北京100049）摘要：大量物质的特征吸收谱在太赫兹范围内，因此近年来太赫兹光谱应用的发展备受关注。
相比于现有的商业光谱仪，基于可调谐单模激光器的光谱测量方法具有高精度和高光谱获取速度的优势。
太赫兹量子级联激光器是可调谐激光源的理想选择。
在利用其实现光谱测量前，需对其调谐特性进行研究，但是现有测量方法受到精度限制。
研究发现，利用太赫兹量子级联光频梳和单模激光器之间的拍频，可在微波波段得到对应的拍频信号。
当调谐单模激光器时，拍频信号会发生相应的频移。
因此，结合量子级联激光器的自探测，利用频谱分析仪测量拍频信号的频移情况，可以实现对单模激光器调谐的高精度测量。
最终得到所测太赫兹单模激光器的调谐速率为53MHz/K（温度调谐）和2.7MHz/mA（电流调谐）。
关键词：太赫兹；量子级联激光器；外差探测中图分类号：TB96文献标识码：A文章编号：1674-5795（2022）05-0108-05High precision frequency tuning of single mode terahertz semiconductor laserGUAN Wen1,2,LI Ziping1,MA Xuhong1,3,WANG Chenjie1,3,WAN Wenjian1,CAO Juncheng1,3,LI Hua1,3*(1.Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology,Shanghai200050,China；2.ShanghaiTech University,Shanghai201210,China；3.University of Academy of Sciences,Beijing100049,China)Abstract:The characteristic absorption spectra of a large number of substances are in the terahertz range,so the development of terahertz spectroscopy applications has attracted much attention in recent pared to existing commercial spectrometers,spec‐tral measurement methods based on tunable single-mode lasers offer the advantages of high accuracy and high spectral acquisition speed.Terahertz quantum cascade laser(QCL)is an ideal candidate for tunable laser sources.Its tuning characteristics need to be stud‐ied before it can be used to achieve spectral measurements,but the existing measurement methods are limited by accuracy.The study finds that the corresponding beatnote signals can be obtained in the microwave band by beating the terahertz quantum cascade optical frequency comb and the single-mode laser.When the single-mode laser is tuned,the beatnote signals shift accordingly.Therefore, combined with the self-detection technology of QCLs,the tuning coefficient of the single mode laser can be measured with high preci‐sion by measuring the microwave beatnote signals using a spectrum analyzer.The resulting coefficient of the measured terahertz single-mode laser were53MHz/K(temperature tuning)and2.7MHz/mA(current tuning).Key words:terahertz;QCL;heterodyne detectiondoi：10.11823/j.issn.1674-5795.2022.05.12收稿日期：2022-10-08；修回日期：2022-10-19基金项目：国家自然科学基金（62235019，61875220，62035005，61927813，61991430）；中科院“从0到1”原始创新项目（ZDBS-LY-JSC009）；中科院仪器研制项目（YJKYYQ20200032）；国家优秀青年科学基金项目（62022084）；上海市优秀学术带头人计划（20XD1424700）引用格式：管玟，李子平，马旭红，等.单模太赫兹半导体激光器高精度调谐特性研究［J］.计测技术，2022，42（5）：108-112.Citation：GUAN W，LI Z P，MA X H，et al.High precision frequency tuning of single mode terahertz semi‐conductor laser［J］.Metrology and measurement technology，2022，42（5）：108-112.0引言频率范围处于0.1~10THz的电磁波被定义为太赫兹波。
电反馈半导体激光器强度调制的最佳设计
电反馈半导体激光器强度调制的最佳设计
李林林
【期刊名称】《半导体光电》
【年(卷),期】1991(12)2
【摘要】本文研究了电反馈对半导体激光器强度调制的影响。
在适当的反馈条件下,电反馈可以较好地改善半导体激光器强度调制的性能。
并且存在着最佳反馈环路传递函数,使得其强度调制性能达到最佳。
【总页数】6页(P123-127)
【关键词】半导体激光器;调制技术;电反馈
【作者】李林林
【作者单位】郑州大学电子系
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.4
【相关文献】
1.自差型电反馈半导体激光器的调制特性 [J], 李林林
2.自差型电反馈半导体激光器的调制特性 [J], 李林林
3.不同的外部光反馈强度下外腔半导体激光器大信号调制特性 [J], 范云霞;吴正茂;邓涛;夏光琼
4.电强度反馈对半导体激光器噪声的影响 [J], 李林林
5.一种基于电-光强度调制的负反馈解调光纤通信方法 [J], 石磊;朱广浩
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图 3 控制电路框 图
功率给定 :用于设定激光器输出功率的大小 。
比较器 :对激 光器的给 定功率与 实际输出 功率
(反馈信号)进行比较 , 以产生功率误差信号 。
调节器 :误差信号通过这一环节 , 来控制功率放
大器 , 决定电输入功率的大小 。
功率反馈 :由一个线性很好的 , 受温度影响较小
式 , 光功率稳定度只有 ±1 %, 且波形失真较严重 , 运
用图 4 的控制电路后 , 光功率稳定度提高到现在的千
分之二左右 , 而且波形不失真 。这说明功率控制是行
之有效的 , 而且很好地解决了光信号调制与光功率稳
定性不一致问题 。输出功率控制精度提高的关键在于
误差信号得到了足够放大 (比较放大器)和 PI 调节器
的合理设计 。必须指出的是 , 闭环功率控制的精度不
图 7 控制系统结构图 Ⅱ
(2) 功率静态 分析 当 R7 =10K , R8 =1M , R10 =51K , C2 =0.022μ,
可能无限地提高 , 这是因为功率给定值误差及反馈元 件受温度影响 , 决定了功率控制精度不可能无限提高 。 另外要指出的是 , 控制系统必须采取过流过压保护电
的抗干扰能力 , 提高仪器的精度 。 而在稳定功率输出
的前提下 , 对光信号调制 , 这就给电路设计带来一定
的难度 。对光输出信号调制 , 则光输出功率就要波动 ,
控制系统就会自动抵抗输出功率的波动 , 这样就会引
起波形的失真 , 影响测量的精度 。在实际控制系统中 ,
我们采用闭环内调制的办法解决了这一问题 。如图 4 ,
关键词 :半导体激光器 ;功率控制 ;调制 ;稳定性 中图分类号 :TN248.4 文献标识号 :A 文章编号 :1001-3881 (2001) 5 -061-2
0 引言 半导体激光器技术的发展 , 使激光技术应用领域
越来越广泛和深入 , (如数据通讯 , 各种技术参数的测 量 、 准值等等), 使光测或光控仪器更趋小型化 、 实 用化 。然而 , 半导体激光
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《机床 与液压》 2001.No.5
图 4 控制系统的电路
R11 =30K , R13 =5.1K , R16 =56 Ψ, RO =11.4K 时 ,
系统结构图如图 8 所示 , 其传递函数为 :
G(S)=00. .7942567ss++668.0.42524
因为功 率给定环节是
基准电 源 MC1403 给定 ,
电器当前状态对应于 PLC
前一工作周 期的输出刷新
后输入的状态 , 输出继电 器的当 前状态 与 PLC 前
图 4 梯形图之二
一工作周期中移位寄存器的状态对应 。这是我们所要
求的 。若图 3 放在图 4 之后 , 则在执行图 3 程序时 ,
输入继电器的 当前状 态对 应于 前一 工作 周期 的 输出 刷
图 6 HL6712G 光输出功率 — 检测电流关系曲线
据图 6
Po IM
=10..92
=9.5mW/mA
,
Po =9.5IM
当 R2 =R3 , R1 +W1 =R0 时 , A1 的传递函数为 :
K A1 =9R.o5 。 则控制系统的结构图如图 7 所示
故
Ugd (s)
=
2.5V s
,
而
图 8 控制系统结构框图 Ⅲ
对于 HL6712 G , 由图 1 知 :TC
=25 ℃时 , 传 递 函数 KA5 =
5.0 51
-0.5 -44
=0.6428mW/mA
;
K 是温度对光输出功率
的影 响 系 数 , 根 据 图 1 可
知 :K = -4.35m0W℃--02.53℃mW =0.16mW/ ℃。
A1 是功率反馈环节 , 根
图 3 梯形图之一
数据输入信号为 “ 1” 状 态的时间大于 100ms , 以
保证 M120 =1 的状态能 可靠地移 位至 M121 。 ③ 在编程时图 3 的梯形图要 放在图 4 梯形图之前 。若
图 3 入在图 4 之前 , 根据 PLC 工作方式的特点 , 在 执行图 3 程序时 , 输入继
光器的应用范围是相当有益的 。 目前 , 对激光器光输
出功率要求较高的光测仪器 , 应用致冷致热技术 , 把
半导体激光器置于一个恒温装置中 , 如图 2 , 通过控 制致冷致热器电流流向来控制温度的恒定 。 然而 , 这
样做的后果是光测仪器的造价提高 , 体积增大而实用
性不强 。注意到一般的半导体激光器都有功率检测引
器 , 结果均如此 。 ⑤图 4 中 , 用移位寄存器中的 M121
～ M130 8 位控制输出继电器 , 第一位 M120 则不能用 。
图 5 梯形图之三
2 程序总框图
本车 床程 序 设 计总 框 图 如
图 6 所示 。为缩短程序执行时
间 , 提高响 应速度 , 只在 PLC
上电后首 次 执行 程 序 时执 行 一
《 机床与液压》 2001.No.5
· 61 ·
半导体激光器的输出功率控制及输出光信号调制
魏佩敏
(绍兴文理学院工学院 , 浙江绍兴 312000)
摘要 :运用自动控制理论 , 结合实际的控制系统 , 介绍了半导体激光 器输出功率 的稳定控 制以及如何 在要求输 出功率 稳定 的条件下 , 对输出光信号进行调制 , 从而为在实际应用半导体激光器中面临的功率稳定性问题 , 提供了一种行之有效的解决办法 。
脚 , 利用这一引脚作功率反馈 , 用适当控制方法对光
输出功率进行自动控制 , 就能提高光输出功率的稳定
度 , 从而提高光测仪器的精度 。本文以光测仪中的半
导体激光器控制电源为例 , 介绍一种运用自动控制理
论 , 来控制激光器功率输出的方法 。
1.帕尔贴 —致冷致热 器 2.温度传感器 3.半导体激光器 4.光学系统基座
No.5, 2001 (Total Issue No.173)
Abstracts and Keywords in English
Introduction of energy saving research in pneumatic system …………… … Li Jun et al(7) Abstract:With the development of people' s consciousnessof energy saving and environment , energy
【1】 夏德钤主 编·自动 控制 理论 [ M] ·北京 :机 械 工业 出版 社 , 1989
【2】 周其节主 编·自动 控制 理论 [ M] ·北京 :电 子 工业 出版 社 , 1985
【3】 绪方 胜 彦著 , 卢泊 英等 译·现 代控 制工 程 [ M] ·北 京 : 科学出版社 , 1978
新后输入的状态 , 而输出继电器的当前状态与 PLC 当 前工作周期中移位寄存器的状态对应 。这样图 3 执行 的结果当然不能反映程控板上插孔的真实状态 。 ④图
3 的梯形图不能改为图 5 。在图 3 中使用的置位指令
(S 指令)和复位指令 (R 指令)均有 “ 记忆力” 的指 令 。使用 S 指令时 , 当其前触点 “ 与” 的结果一旦为 “1” 时 , 辅助继电器具有自保持功能而维持接通状态 ,
的光电二极管 (在激光器中已有)和放大器组成 , 目
的在于把输出的光功率转换成可控制的电信号 。
根据自动控制理论 , 闭环系统能够有效抑制一切
被包在负反馈环内的扰动作用 。 图 3 中温度对激光器 输出功率的影响是在闭环之内的 , 那么设计适当的调
节电路 , 就能有效地抑制或消除温度对输出功率的影
响。
的输出功率 易受环境温度
的影响 。 图 1 是 HL6712G
单模半导体激光器输入电 图 1 HL6712G 输入电流 —
流—光 输 出功 率 关 系曲
光输出功率关系曲线
线 , 从图中可以看出 , 同样的输入电流 、 不同温度下
光输出功率是大不相同的 。能有效地控制光输出功率
使之稳定 , 这对提高光测仪器的精度与扩展半导体激
【4】 市川邦 彦著 , 克伟 等译·自动 控制系 统的 设计 理论 [ M] ·北京 :机 械工业出版社 , 1982
【5】 HL6712G AlGaInP Laser Diode (HITACHI) 说明书
收稿时间 :2001 -08 -17
·2 ·
《机床 与液压》 2001.No.5
MACHINE TOOL &HYDRAULICS
次程控板的扫描程序 , 因为本
车床是进行批量生产的 , 程控
板的状态不可能随时改变 。 参考文献
图 6 程序设计总框图
【1】 李 平·用 PLC 改造半自动转塔车床·机床电器 , 1997(1)
【2】 CE7620 型卡盘多刀半自动车床说明书
收稿时间 :2001 -01 -21
(上接第 62 页) 路 , 以免激光器损坏 。 参考文献
(2) 调节器的 选择 一旦功率给定 , 功率反馈形式确定 , 调节器就决
定了系统的精度 。 在光测仪中 , 采用的是 PI 调节器 , PI 调节器的特点是 :可消除静态误差 , 能加快系统的
响应速度 。
2 电路设计 (1) 控制系统 电路
设计控制系统的电路如图 4 所示
其结构框图如图 5 =R6 时 , 它的
1 控制电路结构及原理 (1) 功率控制 的基本结构 图 3 是半导体激光器功率控制电源框图 , 由六个
基本环节组成 , 是一个闭环的系统 。在该系统中 :
器与一般的 He —Ne 等激 光器相比 , 性能上 (如功