可调谐半导体激光吸收光谱技术的调制参量影响及优化选择

为获得较好的谐波信号,完成不同测量目的,以DFB-760.77nm波长处氧气监测为例,通过改变扫描锯齿信号和调制正弦信号的频率和幅值,讨论了调制参量对二次谐波信号峰-峰值、对称性、谐波信号展宽和信号完整性等判别依据的影响和变化.结果表明:Sinmulink模拟值和实验值相关性较高,当正弦调制信号和锯齿扫描信号频率比值为1 000倍时,可以获得较好的二次谐波信号.该研究为实验系统中调制参量的选取和调制度及系统准确度、稳定性、重复性等性能的优化提供了一定帮助.

基于WMS的可调谐半导体激光器驱动与温控电路设计

针对可调谐半导体激光器工作时,其工作电流和工作温度的波动导致激光器的输出的波长和功率不能保持恒定的问题,设计了一套基于STM32F407为主控芯片联合FPGA的半导体激光器小型化驱动与温控电路。通过与上位机交互,系统可实现激光器驱动电流和工作温度的连续可调,使半导体激光器的输出光的波长在最佳的范围内。经过测试,系统的驱动模块电流稳定度为0.075%,电流的实际值与理论值之间的相对误差平均值为0.538%;温度电路的稳定度在0.03℃,完全满足实际应用需求。

半导体激光器的波长调谐和波长稳定技术

波长调谐和波长稳定的半导体激光器在光通信等实际应用领域有着重要而广泛的应用．本文评述了半导体激光器的波长调谐和波长稳定技术的几种方案，分析了其波长调谐和波长稳定的机理．

利用可调谐半导体激光吸收光谱技术对燃烧环境中的CO在线测量

基于可调谐半导体激光吸收光谱技术,选用2.3,μm附近的R(30)吸收谱线,利用波长调制技术分别对高温管式炉炉中标定的CO/N2气体和自制燃油炉燃烧烟气中CO体积分数进行测量.引入激光强度影响系数Tr(t)对实验结果进行修正,以排除激光强度变化所造成的干扰.结果表明,实验验证了R(30)谱线在1,200,K以下,随着温度的上升谱线强度上升,更有利于高温下CO测量.测量CO体积分数变化趋势与燃烧工况相符,并且与其他测量仪器所测结果一致,谱线R(30)应用于工业现场中燃烧环境下的CO测量具有一定的可行性.

可调谐半导体激光器压电驱动系统的优化设计

针对可调谐半导体激光器中普遍存在的输出光频率无跳模调谐范围小、扫描频率低、结构复杂等亟待解决的问题,研究了可调谐半导体激光器内部压电驱动系统的动力学特性。基于提高回转精度、降低轴心偏移量的设计目标,提出了一种多叶片并联的星型柔性机构结构。基于Lagrange方程和Duhamel积分,分别建立了压电驱动系统的运动微分方程和振动方程,在此基础上建立了柔性机构的动力学模型并对其结构参数进行了优化。最后,搭建了压电驱动系统动态特性测试平台,测试了压电驱动系统的机械响应特性以及可调谐半导体激光器的输出光可调谐范围。实验结果表明,压电驱动系统一阶固有频率为2187 Hz,柔性机构最大轴心偏移量为0.947 mm。在可调谐半导体激光器无跳模调谐性能测试中,当调谐频率为20 Hz时,实现了103.5 GHz的无跳模调谐范围。

基于MEMS反射镜的窄线宽外腔可调谐半导体激光器

基于大转角的电磁式MEMS反射镜和闪耀光栅作为外腔调谐元件,设计了Littman-Metcalf结构的外腔半导体可调谐激光器,MEMS反射镜可准确控制偏转角度,2 h内角度复位调谐波长漂移小于20 pm,该可调谐激光器实现了1435.81~1555.83 nm(120.02 nm)的稳定的波长调谐,全波段波长调谐过程中激光器边模抑制比大于30 dB,相同调谐电流下,激光器波长控制误差小于20 pm。注入电流350 mA时,外腔激光器输出功率达25.89 mW,最小阈值电流68 mA。利用延迟自外差法测得可调谐激光器的线宽优于69 kHz。该研究成果有望在激光雷达、相干激光通信、光学传感器及计量检测等诸多领域发挥重要作用。

可调谐半导体激光光谱技术在工业控制监测氧气浓度中的应用

采用分布反馈式(Distributed feedback,DFB)半导体激光器作为光源,通过检测760 nm附近氧气的一条转动吸收线对排放的气体中氧气的浓度进行实时监测.采用开放式双光程设计,并通过背景信号拟合的方法消除消光系数对检测的影响.实验结果证明,该方法是可以对氧气的实时在线浓度进行检测的一种比较简单的方法.

基于REC技术的可调谐半导体激光器

重构-等效啁啾(REC)技术可以灵活、等效地实现各种复杂结构的光栅和对等效光栅布拉格波长的高精度调控。基于REC技术,分别实现了宽波段、窄线宽、低切换时间的3类半导体可调谐激光器。借助高精度波长调控的优势,制备的3类可调谐半导体激光器均实现了良好的性能。

基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷遥测方法的研究

介绍了一种基于TDLAS技术的望远镜收发系统的设计原理,通过对吸收池内标准浓度CH4的测量,标定了测量的准确性。在此基础上,对40 m的开放光程下CH4进行不同工况测量,验证了系统具有良好的时间响应性。系统的最小可探测极限约为5.48×10-5m/m。研究证明,该系统可以满足工业气体的在线监测需求。此外,该系统还可以方便用于远程监测H2S、CO、NH3等危险性气体的泄露。

基于外腔反馈的可调谐半导体激光光源的扫频特性研究

半导体激光光源在激光雷达、空间探测以及光纤智能感知等领域有着重要作用,其中可调谐半导体激光光源还可用于新一代可重构光分插复用系统中光器件等的波长相关和偏振依赖损耗测试。基于Litt-man结构的外腔反馈型可调谐半导体激光光源是一种实现宽调谐、高光谱纯净度和无跳模谐振输出的有效手段。笔者团队利用联合研制的中心波长为1526.276 nm、3 dB带宽为111.0054 nm的增益芯片作为内腔种子源,通过闪耀光栅将不同波长锁定在振荡器中,实现了最快扫描速度为200 nm/s、最小触发间隔为5 pm、本征线宽小于10.02 kHz及无跳模范围为130 nm的单纵模扫频输出。结果表明,凭借InGaAsP/InP增益芯片优异的宽光谱光学特性和Littman反馈原理,本研究结果有助于推动波长快速扫描测试系统的研究进程,提升相关器件测试的精度和效率。

外腔可调谐半导体激光器准直系统测试研究(特邀)

为了解决外腔可调谐半导体激光器波长调谐范围小的问题,对高斯光束在谐振腔内的传输特性进行了分析。结果表明,将增益芯片出射光束调整至发散角较小实现准直的方式不利于拓展波长调谐范围。针对一种涵盖1480~1640nm波段的Littman-Metcalf外腔可调谐半导体激光器,提出一种将光腰位置调整至与外腔长度相等的准直方案。经过仿真研究,相较于小发散角的准直方式,采用该方式准直后,可调谐半导体激光器的调谐范围得到大幅提升。

浅谈高功率半导体激光器驱动技术

在电子信息技术持续发展的背景下,高功率的半导体激光器技术,逐渐成为业界的热点问题之一。对此,相关部门为满足半导体激光器的运行需要,需提高对驱动技术的关注,确保高功率半导体激光器顺利发射激光,以满足多领域的工作需要。基于此本文结合实际思考,首先简要分析了高功率半导体激光器的概述,其次阐述了高功率半导体激光器的工作原理,最后提出了高功率半导体激光器驱动技术措施。以期对相关领域的工作有所帮助。

可调谐半导体激光吸收光谱技术光信号相关法氨气浓度流速同时测量

利用可调谐半导体激光吸收光谱技术结合光信号相关技术可以实现气体浓度和流速的同时在线测量。文章首先介绍了气体浓度与流速测量的基本原理,然后对在近红外通讯波段附近的NH3吸收谱线进行分析,并从中选取适合测量的目标谱线,并进行了相应的计算分析。在常温常压下内径为0.016m长度为1m的管道内,利用流量计配制出不同浓度以及不同流速的NH3和N2混合气体进行相关的试验。利用线宽为15MHz,可连续调谐范围为1cm-1的激光二极管对位于6548.7cm-1处的NH3吸收谱线进行快速扫描,采用直接吸收计算的方法测量得到实时气体吸收信号并计算出气体浓度。同时利用非介入式的光信号相关法,通过布置在管道上下游两个探测器探测到的NH3浓度信号间的相关性,计算得到NH3气体从上游到下游的渡越时间,进而计算出气体流速。计算得到的NH3气体浓度值和流速值与流量计标定值之间相比,其相对误差分别在7%和10%之内。测量系统响应迅速,抗干扰能力强,测量结果重复性好,适用于恶劣的现场测量环境,具有很广的工业应用前景。

可调谐半导体激光吸收光谱技术对CO2浓度的测量研究

CO2作为地球大气中第三大含量的痕量气体,也是含量最大的温室气体,会导致气候变暖和生态系统的破坏等一系列环境问题,因此CO2浓度的准确测量具有重要意义。可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术利用气体的特征吸收光谱,可以对气体进行无需预处理的高灵敏度测量。基于TDLAS技术,搭建了采用直接吸收光谱的实验系统,根据与水分子的对比分析,选择CO2在2004 nm附近的强吸收线,在27 m的光程下达到的检测限为2.97×10-6。采用LGR气体分析仪作为对比,测量了室内空气的CO2浓度,无人和有人时二者的相关系数分别为0.9965和0.9875,在CO2浓度变化趋势上表现出了良好的一致性。

基于可调谐半导体激光吸收光谱技术对开放式长光程大气CO_2的测量

CO_2是地球大气中第三大含量的痕量气体,对温室效应影响最大,主要来源于人类的日常活动,测量大气CO_2浓度对了解地区CO_2的周期性变化与气候变化的内在规律有重要意义。基于可调谐半导体激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)技术,系统选择CO_2在2004 nm附近的吸收线,采用直接吸收光谱处理方法,对开放式长光程大气下的CO_2进行了连续测量。通过与手持CO_2测量仪的对比测量,二者的相关系数达到0.8371,二者的标准偏差为7.204 ppm,测量结果的变化趋势符合较好,证明了实验系统的可行性,为国内激光遥测CO_2提供了一种重要的思路与方法。

基于可调谐半导体激光吸收光谱法测定天然气水露点技术研究

天然气水露点是关系天然气管道输送安全的重要指标之一,基于可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)设计开发了天然气水露点分析装置。根据天然气现场应用需求,搭建天然气在线分析计量装置并进行测试,进行了激光法天然气在线分析计量装置关键技术集成与装备试制。开展了仪器的离线标定及实验室稳定性测试,在天然气输气站现场开展了仪器的重复性测试及与冷却镜面法露点仪的比对实验。实验结果表明,在水含量0~300μL/L范围内,仪器测量误差小于±0.5%FS,24 h内仪器漂移量不超过±1%FS,实时在线测量速度不低于1次/s,与冷却镜面法露点仪比对结果在6℃以内。

基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷/空气预混平焰炉温度测量

燃烧场温度的测量对于燃烧诊断具有重要意义.开展了基于可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)的在线测温方法研究,基于双光束分时扫描技术,实现了双激光器协同工作与燃烧产物水汽7154.35cm^-1和7467.77cm^-1两条吸收谱线的同时测量,并利用双线积分吸光度比值关系完成温度的精确反演,满足燃烧场温度在线检测应用需要.开展了针对甲烷/空气预混平焰炉火焰温度的实时检测实验研究,并与热电偶进行了测温对比分析,两种方法的测量具有较好的一致性,相对误差小于3.8%,验证了TDLAS技术对燃烧场温度非侵入式快速测量的可行性和可靠性.

《半导体光电技术》专栏序言

半导体光电技术是与激光技术、光学工程领域密切相关的重要研究课题,对我国高新科技发展具有重大科学意义和战略价值。半导体光电技术近年来在我国受到了空前重视,取得了巨大进展,产生了一系列重要和重大的科研成果,显示了我国在半导体光电技术领域的科技实力和产业应用潜力。为了及时反映我国半导体光电技术的发展状况,促进广大科技工作者进一步做出更大成绩,《激光技术》出版了本期“半导体光电技术”专栏,报道国内半导体光电技术领域的重要进展和最新研究成果。

半导体激光器温度调谐波长扫描技术

低成本、小型化的波长扫描半导体激光器在光纤传感系统中有着重要作用。设计了一种可进行温度调谐的半导体激光光源驱动电路。该电路系统以ARM单片机作为控制中心,利用热敏电阻采样激光工作温度,并通过半导体制冷器(TEC)进行温度调节,使得激光器能够根据温度调谐实现波长扫描;同时通过背向光探测器(PD)采样激光输出功率,并通过改变半导体激光驱动电流实现对激光输出功率的控制,使得激光器在温度变化时输出光功率保持稳定。实验结果表明,该电路能够长时间可靠地工作,激光器能够实现的最大波长调谐范围为5nm,且输出光功率在整个波长扫描过程中保持稳定。

基于可调谐半导体激光器的甲烷气体监测技术

介绍了一种利用分布反馈(DFB)可调谐半导体激光器吸收光谱技术(TDLAS)实现甲烷气体浓度监测系统。不同于直接测量气体吸收前后光源强度的变化值,TDLAS通过提取二次谐波幅值信息,在频域换算气体浓度,因此具有更高的稳定性和精确度。同时对不同输出特性的DFB半导体激光器进行对比研究,分析光源的波长调谐特性及功率-电流特性对实际应用的影响。