基于新型模糊PID控制单元的LD精密温控研究

为改善温度波动对光通信用半导体激光器性能的影响,设计了基于三维语言变量的高精度跟踪误差温度控制系统。为减小系统成本,利用运算放大器AD620和OP07等器件设计了温度采集系统,并采用最小二乘法拟合温度数据,从而建立温度—电阻关系模型,预测温度变化趋势;加入第三维模糊语言变量,结合窄域论以适当压缩E、EC、ECC的论域,采用模糊规则设定方法,建立新型三维模糊PID规则表并求解得出模糊查询表。结果表明:当预设温度为25℃时,温控系统超调量为0.97℃,最大下冲量出现在第17s,其值为0.69℃;工作51s后,LD系统进入稳定状态,温度保持为25±0.05℃;在第150~210s内,其温度值标准差为0.020 4℃。同时,该系统实现了对半导体激光器0~75℃的大范围精密温控,温控精度为±0.05℃。该系统能够实现对半导体的高效制冷、加热控制,具有响应时间快和系统开销小的优势,能对控制参数实现自整定。

基于光通信色散管理技术的非线性效应与色散补偿性能研究

为提高长距离、高速率光纤通信系统性能,提出了基于后置补偿方案的非完全补偿技术。分别采用前置、后置、对称色散管理方案,搭建了10 Gb/s和40 Gb/s传输系统,为进一步研究非线性效应与色散补偿关系,首先从单信道系统入手,分析系统残余色散与非线性效应关系,其次搭建了8×40 Gb/s波分复用系统,引入了自相位调制和不同信道间的交叉相位调制效应。结果表明:在低速率和高速率通信场合中,后置和对称补偿方案都要优于前置。采用后置补偿技术时,完全色散补偿适用于低入射光功率,而非完全补偿则在高入射光功率时可让系统保持更好的性能,Q值可达到8.9。

4×10Gbit/s并行光模块串扰优化设计

为了对4×10Gbit/s并行光模块光串扰进行优化,采用了ABCD传输矩阵法,结合光纤耦合约束条件以及准直透镜、自聚焦透镜和光纤端面球透镜的理论,设计出两套优化方案。研究了垂直腔面发射激光器光束特性,利用MATLAB进行理论分析,模拟得出光斑半径与发散角的关系,并分析了串扰情况。在ZEMAX非序列模式下完成了光路建模,优化结构中透镜参量以及光纤端面设计,进行了理论分析和实验验证,取得了优化后耦合光斑半径与耦合效率。结果表明,间接耦合优化结构中,到达光纤端面的光斑为53.72μm,耦合效率达到72.59%;而直接耦合优化结构中,到达光纤端面的光斑为3.695μm,耦合效率高达到76.11%,有效地解决了并行光模块之间的光串扰问题。这一结果对光网络信号传输质量优化方面是有帮助的。

可独立调控的多通道体外无线光遗传刺激系统

为了给光遗传应用领域提供更大的光刺激面积以及区域可选择性的光刺激,本课题组研制了一套结构简单、可无线调控刺激参数、可独立控制的多通道光遗传刺激系统。采用μLED芯片作为光源,利用光刻技术与微焊接工艺制作了一个具有阵列式光源的蓝光刺激器,并结合无线通信模块实现了刺激器的无线控制功能。光刺激器的尺寸为46 mm×30 mm,重7.134 g。测试结果表明:光极表面的最大输出光功率为24.6 mW,满足ChR2激活神经元的条件;输出光频率的可调控范围为1~500 Hz,最大输出误差小于1%,占空比可调控范围为0~100%,无线通信距离可达50 m。本系统可应用于多点大面积的光遗传领域调控、细胞培养及大面积光照需求的场所,为部分神经环路的调控及研究提供有效工具。