用于TDLAS气体检测的DFB激光器驱动电路设计

分布反馈(DFB)激光器作为可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的常用光源之一,在实际应用中应当同时对驱动电流和温度进行控制,以减小出光质量对气体浓度检测结果的影响。为了解决上述问题,文中设计一种高精度激光器驱动电路。由STM32F103RCT6控制AD9834和DAC8560分别产生正弦波和锯齿波信号,对两个信号输入至OP27GS构成的信号叠加电路进行叠加后,输出至由OP27GS、AD8065和IRF520场效应管组成的具有限流功能的压控恒流源电路,将电压信号转变为激光器的驱动电流;同时采用MAX1978温控芯片对激光器进行温度控制。实际测试结果表明,压控恒流源输出电流的最大误差为0.1%,DFB激光器的温度稳定度为0.072%,温度控制精度优于0.01℃。使用3000 ppm的甲烷标准气体进行吸收测试,通过示波器检测光电探测器和锁相放大器的输出波形,可得到稳定的吸收峰和二次谐波,说明所设计电路满足TDLAS检测技术对于DFB激光器驱动的要求。

可调谐DFB激光器泵浦的PPLN绿色倍频光源

为研制脉冲宽度、重复频率以及输出功率可调谐至单光子级别的可见光波段高重频纳秒级窄脉冲光源,提出了一种基于增益调制型DFB激光器和PPLN晶体的绿色倍频光源设计方案。通过自制的纳秒级高速驱动电路以脉冲方式驱动DFB激光器产生固定波长的泵浦源;利用光纤半导体衰减器调节衰减量,调制泵浦光强度;采用PPLN晶体作为非线性晶体材料,通过其可调谐特性得到准相位匹配的绿色倍频激光输出。实验结果表明,DFB激光器输出的泵浦光功率和中心波长稳定,脉冲宽度1.02 ns~10.25 ns、工作频率1 Hz~10 MHz连续独立可调,泵浦光功率衰减至-44.61 dB时工作于532.96 nm波段的绿色倍频光输出脉冲平均光子数约为384 N,倍频光-光转换效率9.3%。

高成品率大耦合因子DFB激光二极管芯片设计与制备

设计并制备了一种基于相移光栅的大耦合因子分布反馈(DFB)激光二极管芯片,解释了相移光栅在大耦合因子下实现芯片高成品率的机理。采用传输矩阵法模拟了不同耦合因子下随机相位对均匀光栅和相移光栅激光二极管芯片单模特性的影响,发现对于常规均匀光栅DFB结构,随着耦合因子的增加,芯片阈值增益差会明显降低,从而降低芯片单模成品率;而相移光栅DFB结构在不同耦合因子下,芯片阈值增益差并没有明显变化,仍能够保证比较高的单模成品率。采用电子束光刻制作了1/4波长相移光栅和均匀光栅并进行了对比,最后制备出大归一化耦合因子(κL=2.1)的相移光栅DFB激光器二极管芯片。测试统计数据显示,与均匀光栅激光二极管芯片相比,新型相移光栅DFB激光二极管芯片成品率明显高,达70%以上。与常规归一化耦合因子(κL≈1.2)DFB激光二极管芯片相比,在宽温(-40~95℃)下,新型大耦合因子激光二极管芯片的光谱单模特性更稳定,同时具有更低的阈值电流,在低工作电流(30 mA)下,芯片的-3 dB带宽大于18 GHz,满足传输速率为25 Gbit/s的高速传输协议要求。

基于DFB激光器的振动传感系统改进PGC解调算法

相位生成载波(Phase Generated Carrier,PGC)解调算法是目前光纤干涉传感领域中重要的解调算法。针对目前PGC解调算法中光强扰动和调制深度影响信号解调准确度的问题,提出了一种改进的PGC解调算法(PGC-Ameliorated),并搭建了基于分布反馈(Distributed Feedback,DFB)激光器的振动传感系统进行实验验证。实验结果表明,当被测振动信号的频率为800Hz时,该算法信噪比为57dB,优于微分交叉相乘(Differential and Cross Multiplying,DCM)算法和反正切(Arctan)算法近20dB。在不同光强下,该算法解调信号幅值波动范围在±0.02rad;在不同调制深度下,该算法总谐波失真最小为0.61%,信纳比最大为25.9dB,相比于DCM算法和Arctan算法具有更低的总谐波失真和更高的信纳比。

高稳定、强鲁棒性DFB激光器温度控制系统

为减少分布式反馈(DFB)激光器输出波长和光功率受其工作温度波动的影响,采用Ziegler-Nichols比例-积分-微分(PID)控制算法,设计并研制了一种具有强鲁棒性的DFB激光器温度控制系统。利用该温度控制系统,对中国科学院半导体研究所研制的中心波长为1.742μm的DFB激光器进行了温度控制测试。实验证明,该系统的控制精度为±0.05℃,温度控制范围为5～60℃,并在长时间(220min)运行中,DFB激光器工作状态稳定,中心波长未出现漂移,为DFB激光器在红外气体检测领域的实用化提供了性能保障。

一种曲伸式DFB光纤激光水听器探头的研究

为了提高DFB（分布反馈式）光纤激光水听器的声压灵敏度，改善其动态特性，设计了一种曲伸式DFB光纤激光水听器探头结构。该结构在保持激光器原有优点的同时，通过增大声压作用面积并将压力转化为对激光腔的轴向应变，有效地实现了声压增敏，同时通过机械结构改善了水听器的动态特性。利用有限元软件ANSYS对该结构进行了优化设计，加工制作了各构件并对DFB光纤激光器进行了封装，制作出长度约80mm、直径仅6mm的水听器原型样品并进行了实验研究。实验结果表明，采取该种形式的结构对DFB光纤激光器进行封装后，探头的声压灵敏度提高了约17．5dB，在500～1500Hz频率范围内具有较平坦的灵敏度响应。

长腔DFB半导体激光器非简并四波混频波长转换效率

本文从理论上计算了长腔 DFB-LD中基于非简并四波混频的波长转换效率 ,由耦合波方程的数值解 ,得出波长转换效率与腔长、泵浦光功率、增益系数、DFB-L D谐振光与注入光的频率失谐量等的关系 .数值计算结果表明 ,通过提高泵浦光功率。

DFB激光器调谐过程的动态线宽特性

为了获取分布反馈(DFB)激光器在调谐过程的动态线宽特性,提出一种基于光纤延时自外差的激光动态线宽测量方法,对于激光器线宽和测量原理做了理论分析.对商品化DFB激光器的实验结果表明:在整个电流工作范围内,激光动态线宽为20.38～4.73 MHz;工作电流为最大电流的0.58～0.66倍时,激光器的动态线宽最窄,激光器动态线宽最佳工作电流为最大电流的0.5～0.8倍.

质子注入平面掩埋条形高频DFB激光器

报道了采用质子注入制作平面掩埋条形高频DFB激光器。质子注入提高了限制层对电流的限制作用 ,并减小了限制层的寄生电容 ;DFB激光器的斜率效率由注入前的 0 .147mW /mA提高到 0 .2 16mW /mA ;电容测试结果表明 :质子注入使 pnpn结构的势垒电容明显减小 ,激光器的寄生电容由注入前的约 10 0 pF降至注入后的 6 pF ;激光器的 3dB调制带宽由注入前的 50 0MHz提高到 5.6 6GHz。高温老化筛选结果表明 ,质子注入对激光器的可靠性基本没有影响。

15μm波长DFB半导体激光乙炔(^(12)C_2H_2)线性吸收稳频

建立 1 5 μm波长标准的工作既是现实应用的需求 ,也将填补波长计量标准系列在近红外波段的空白。本文报导中国计量科学研究院在这项研究中的第一阶段工作 :用国产分布反馈半导体激光 (DFB LD)和自行研制的乙炔 (1 2 C2 H2 )吸收室 ,进行了吸收光谱实验 ,实现了 1 5 μmBFB LD的C2 H2 线性吸收稳频。

DFB光纤激光器声致弯曲振动研究

对利用DFB(分布反馈式)光纤激光器进行水声探测时的弯曲振动问题进行了分析与实验研究。总结了采用非平衡干涉仪解调系统解调的DFB光纤激光水听器的声压灵敏度计算公式;基于梁的弯曲理论,通过数值方法计算了两端固定的DFB光纤激光器在50Hz^2000Hz频率范围内的声压灵敏度,绘制了该频率范围内的频响曲线;采用振动液柱法对一支DFB光纤激光器在该频率范围内进行了实验研究,实验数据具有良好的可重复性,实验结果与理论分析吻合。表明了细长型结构的DFB光纤激光器在水声场中很容易由于弯曲振动而引入较大的非声压振动的干扰信号,影响其水声探测性能,有必要在DFB光纤激光水听器探头的设计中考虑这一因素。

10GHz低抖动增益开关DFB激光器

采用国产管芯 ,利用增益开关效应获得了 10 GHz超短光脉冲 .利用自注入的方法 ,采用最简单的结构 ,减小了增益开关 DFB激光器光脉冲的时间抖动 ,使 10 GHz光脉冲的时间抖动小于 840 fs.研究了光脉冲抖动量对温度变化及微波驱动频率的敏感性 .利用线性压缩和梳状色散渐减光纤链获得 10 GHz、 5

基于延时零拍法的DFB光纤激光器线宽测量

DFB单频光纤激光器输出的超窄线宽作为光学系统中的一个重要参数需要进行准确的测定,因此,采用延时零拍法重点对1053 nm波长的DFB掺Yb3+光纤激光器的超窄线宽进行了测量,并且研究了差拍光电流谱线的输出特性.针对超窄线宽DFB光纤激光器输出的特点设计了相应的光电转换放大电路,测得1053 nm的DFB光纤激光器的线宽为31 kHz.该测量结果对于窄线宽DFB光纤激光器应用于光纤传感、光纤通信领域具有一定的指导意义.

1.55μm InGaAsP-MQW自对准压缩台面高速DFB激光器

采用一种自对准压缩台面结构制作高速 1.5 5 μmDFB激光器。激光器的典型阈值为 12mA ,单面斜率效率达 0 .15 7mW /mA ,出光功率大于 2 0mW。由于采用窄条p InP作为电流阻挡层 ,因此激光器的寄生电容可降至 2 .5 pF ,- 3dB调制带宽可达 9.

DFB激光器件自脉动的研究

在分析单区DFB激光器静态和动态特性的基础上 ,用数值模拟方法研究了双区DFB器件自脉动的产生机理及特性 .研究表明通过优化设计DFB激光器件的一些参量和控制激光器的外部条件 ,可以有效地提高自脉动的频率 ,增强自脉动的稳定性 ,为全光信号再生设备的研制提供理论基础 .

湿法腐蚀DFB半导体激光器的均匀光栅的研究

论述了用湿法腐蚀电子束光刻的均匀光栅DFB激光器亚微米光栅的过程,研究了几种腐蚀液对半导体激光器外延材料中InP的腐蚀过程。用扫描电子显微镜(SEM)对其腐蚀情况进行了分析,通过调节腐蚀液HBr:HNO3:H2O的体积比,找到了对InP腐蚀的最佳配比(1:1:30)以及合适的腐蚀条件(室温23℃)。利用这种腐蚀液得到的光栅图形可以满足DFB激光器的要求。

直接调制DFB激光器调制特性的温度补偿技术研究

分析了直接调制DFB激光器的调制特性对温度的依赖特性,提出在具有背光检测功能的光发射模块中对 DFB激光器的调制电流进行温度补偿,使模块的消光比和输出光功率在器件工作温度范围内保持稳定。

三区DFB激光器高速自脉动的研究

全光信号再生技术是超高速大容量全光网络中的核心技术,其中全光时钟提取是全光再生技术的关键,基于多区DFB激光器件自脉动进行时钟提取是最佳选择方案。基于双区DFB激光器件自脉动研究的基础上,对三区DFB激光器件的自脉动特性进行了讨论和数值模拟分析,并对提高自脉动频率的方案进行了研究。

遗传算法和神经网络的DFB激光器温控系统

针对DFB激光器温度控制系统普遍存在的非线性和延迟性等问题，提出了基于遗传算法和神经网络的复合控制结构，采用微处理器作为系统的处理器核心设计了温度控制系统，并利用铂电阻、TEC半导体制冷器、温度敏感器和温控执行器作为控制单元，再通过构造神经网络正模型分析被控对象的物理特性，用神经网络控制实现控制律的映射，同时利用遗传算法的快速搜索能力训练神经网络的权系数。最后，对设计的系统进行了实验验证，结果表明，该系统的温度控制精度为±0.002 ℃，控制范围为5~70 ℃，超调量低于8%，能够实现高精度和宽范围的控制效果，具有较好的工程应用价值。

基于DFB激光器的光纤光栅多路温度解调系统

介绍了一种基于DFB激光器和光纤光栅传感器多路测温系统的详细设计方案。分析了多路光纤光栅传感器测温的结构及其工作原理,并以STM32F107VCT6和AD7606为主控板核心,给出了该系统软件控制过程和硬件电路设计。实践表明,该系统测温精度高、测温范围广、使用方便、抗电磁干扰能力强、成本低、体积小,可以广泛用于各种电力系统设备多点测温。