用于光纤电流传感器SLD光源的温度控制系统

为减小高压电网中光纤电流传感器超辐射发光二极管(super luminescent diode,SLD)光源温度特性对测量准确度的影响,提出了一种模拟温度控制系统对光源温度进行恒温控制。根据设计要求,介绍了各重要环节的设计过程。分析了通过搭建合适的温度采集电桥,可以得到与温度近似成线性关系的输出差分信号。在频域上建立了系统的数学模型,计算了系统的传递函数,得到了比例-积分-微分(proportional-integral-derivative,PID)控制器各参数对时域上输出的影响。在实验室中搭建了用于光纤电流传感器SLD光源的温控系统,对温控系统进行了定温与温度循环实验,实验结果表明:该控制系统可以实现对温度的实时控制,使光纤电流传感器测量准确度满足0.2级工业要求。

光纤陀螺用SLD光源全数字控制系统

超辐射发光二极管(SLD)是干涉式光纤陀螺的理想光源,介绍了全数字SLD光源控制系统的硬件构成、控制软件流程及PID算法。测试结果表明,在-20～50℃温度范围内,光功率波动小于0.3%,平均波长的温度漂移为3×10-6/K,此数控方法在光纤陀螺高精度、工程化研究中有良好的应用前景,对其他半导体激光光源的高精度控制具有通用性。

SLD光源对光纤陀螺性能的影响

介绍了超辐射发光二极管(SLD)光源的特点和基本性能参数,从理论和应用的角度较为系统地分析了SLD光源的输出功率、中心波长、半峰值全带宽(FWHM)、偏振度(DOP)、工作电流等参数对光纤陀螺(FOG)性能的影响,并介绍了相应的解决方法。分析及实验结果表明:对于中低精度的FOG,输出光功率的控制是主要的;而对于高精度的FOG,除了要进行光功率控制外,还要对输出光的波长进行控制,控制精度优于10×10-6。

SLD光谱调制对光纤陀螺性能的影响

对光纤陀螺中SLD光谱调制度的变化进行了实验研究.从理论上阐述了光路系统中光谱的调制度增大的原因,其仿真与实验结果非常一致·在此基础上,进一步分析了光谱调制度对相干函数的影响,评估了二阶相干峰引起的光纤陀螺误差水平·

驱动电路一致性对光纤陀螺用SLD光源特性的影响

针对目前同批次驱动电路对同一光源控制效果存在差异的问题,开展器件一致性对光纤陀螺用SLD光源特性影响的研究,找到影响驱动电路一致性的关键部位,并提出解决方案,从而规范驱动电路制作过程。理论分析结果表明:造成温控电路差异的因素由大到小依次是惠斯通桥两臂电阻偏差、热敏电阻与同臂电阻偏差、正/负电源精度、运算放大器输入失调电压,以及积分电路的运放精度;造成恒流源电路差异的因素主要是指示器误差、驱动电流漂移误差和恒流源器件选配误差;通过采取元器件配对、调试、更换高精度器件等措施,可消除或大幅降低上述电路差异。试验结果证明,按照理论规范生产的驱动电路板一致性显著提高,可达到同类进口驱动电路的水平。

基于加速寿命试验的SLD可靠性预计模型研究

超辐射发光二极管(SLD)已广泛应用于航空、航天等多个领域,但其预计模型的缺失使得SLD的可靠性分析工作缺乏有效指导。本文基于SLD主要失效模式、失效机理以及典型诱发应力,构建SLD可靠性预计模型,开展加速寿命试验,利用性能退化可靠性评估技术、图估计、最优线性无偏估计等方法对试验数据进行分析处理,确定管芯预计模型参数,应用国内外已有耦合、热阻及制冷器可靠性预计技术,确定管芯耦合及组件预计模型系数的表征,从而完成SLD可靠性预计模型的建立,为SLD工程应用过程中的可靠性分析工作提供技术参考。

基于一维漂移布朗运动的SLD退化失效建模

超辐射发光二极管(SLD)集LD大输出功率和LED宽光谱优点于一体,是光纤陀螺仪中的关键元件与薄弱环节,其可靠性在很大程度上决定了光纤陀螺仪的可靠性。针对SLD寿命长、失效数据难于获取的特点,研究了基于性能退化数据的可靠性评估方法。在对SLD进行失效机理分析的基础上,提出用一维漂移布朗运动模型对产品在环境应力作用下的退化特性进行建模,基于所得模型,由SLD的性能退化信息估计模型中的参数进而评估得到SLD的可靠性指标。这克服了传统可靠性分析方法依赖寿命数据的缺点,能够在没有寿命数据的情况下评估得到SLD的可靠性指标,从而可节约大量的试验经费和试验时间,在工程应用上具有重要的价值。

低功耗小型化光纤陀螺SLD驱动电路的设计

为实现光纤陀螺工程化,结合光源驱动电路的特点,设计了由大功率管FDW2520C构成的低功耗、小型化超辐射发光二极管(SLD)驱动电路.经实验验证:此电路在保证对光纤陀螺SLD光源高精度控制的条件下,电路效率明显得到提高, 最高效率达94 %, 功放管的最大耗散功率减小了36.3 %,经测试恒流精度为 0.01 %,光功率在-20～60 ℃范围内变化优于0.3 %,从而实现了光源驱动电路的低功耗和小型化目标,成为一种实用、可靠的光源驱动电路方案.

光纤陀螺SLD光源的特性研究

介绍光纤陀螺中超辐射发光二极管(SLD)的工作原理,分析了SLD输出功率、光谱随工作电流和温度变化的规律,并研究了SLD光源驱动的设计,可作为光纤陀螺性能调试的参考。

光纤陀螺用SLD的光功率自动控制的实验研究

光纤陀螺(FOG)所用光源的特性对光纤陀螺的性能有很大的影响,着重介绍半导体光源超辐射二极管(SLD)的特性,以及SLD的稳定性对光纤陀螺的影响。针对环境温度和驱动电流对SLD光功率稳定性的影响,设计光功率控制方案及相应的驱动控制电路。

利用导通电压降监测SLD的输出光功率

由于传统的光功率采集仪精度不高,在实验中无法明显地显示出光功率在短期内的变化,而采集电压的数据采集系统可以很好地解决这个问题。在分析1 310 nm超辐射发光二极管(Super Luminescent Diode,SLD)光源的工作原理的基础上,设计了一种在恒温条件下控制驱动电流来使SLD稳定工作的驱动电路,进行了理论分析和实验验证,给出了利用SLD电压降监测输出光功率的新方法,取得了真实可靠的实验数据。通过SLD光源的驱动实验得出输出光功率与驱动电流和SLD两端电压降的相关关系,结果表明,输出光功率与电流具有良好的线性关系,与电压具有良好的正相关指数关系。利用采集电压降监测SLD的输出光功率,大大提高了测试精度和数据分辨率,同时为SLD退化寿命试验提供了新的电学参数。

利用双SLD光源提高OCT纵向分辨率的理论研究

提高光学相干层析成像(OpticalCoherenceTomography:OCT)系统纵向分辨率的关键是选取合适的光源,本文将双SLD光源代替传统OCT系统中的单个SLD光源,通过理论分析和计算机仿真,表明双SLD光源能有效提高OCT系统纵向分辨率。

四通道SLD光源驱动技术研究

为提高SLD光源的检测效率,在SLD光源驱动技术的基础上,研究了四通道SLD光源驱动技术。针对四通道SLD光源驱动可能面临的诸如电源供电、系统体积、面板显示、通道一致性等问题,文中分别给出了相应的处理技术或解决方法,并通过试验对四通道驱动技术的可实现性和可靠性进行了实际验证。研究结果对更多通道SLD光源驱动和类似电路系统的设计提供了参考。

基于关键器件的光纤陀螺可靠性评估

以可靠性评估技术为基础,采用关键器件法对光纤陀螺工作状态下可靠性指标进行评估。通过对光纤陀螺实施故障模式、影响及危害性分析以及故障树分析,确定光纤陀螺的关键器件为超辐射发光二极管(SLD)光源,结合SLD光源性能退化数据对SLD光源进行可靠性评估,得到SLD光源的可靠度曲线。由关键器件转换法原理可知,曲线即为光纤陀螺工作状态下可靠度曲线。通过与整机法的评估结果进行对比,得出基于关键器件的光纤陀螺可靠性评估是可信的,为光纤陀螺可靠性评估提供了一种切实可行的方法。

光纤传感器光源驱动技术研究

驱动电流和有源区温度是影响激光二极管LD、超辐射二极管SLD的光强及光谱稳定性的关键因素。通过控制这些因素,LD/SLD的输出光强稳定性达到了0.5%和0.1%,并可使光源在-30～50℃环境温度范围内正常工作。

GaAlAs/GaAs非均匀阱宽多量子阱超辐射发光管材料制备及表征

超辐射发光二极管(SLD)具有不同于半导体激光器和普通发光二极管的优异性能。为了制备高功率半导体超辐射发光管,并且得到比较大的光谱宽度、大的单程增益和抑制电流饱和,我们研究设计了具有850nm辐射波长的GaAlAs/GaAs非均匀阱宽多量子阱超辐射发光二极管结构,采用分子束外延(MBE)方法进行了材料制备。同时利用X射线双晶衍射,变温(10～300K)光致发光(PL)等方法检测分析了外延薄膜的结构和光电特性。在光致发光谱线中我们得到了发射波长850nm的谱峰,谱峰范围跨跃800～880nm,双晶回摆曲线结果显示了设计的结构得到实现。在注入电流140mA时,器件输出光谱的半峰全宽可以达到26nm,室温下连续输出功率达到6mW。

基于ADN8831的高精度光源驱动控制设计

针对光纤陀螺光源驱动控制特点,设计了一种新型高精度超辐射发光二极管(SLD)光源驱动控制系统。恒流源输出电流稳定且光源保护措施可靠,温控系统以高性能TEC控制器ADN8831为核心,功耗低,体积小且集成度高。测试结果表明:该系统性能优良,操作方便,恒流精度可达0.01%,温控精度优于0.005℃,光源输出光功率在-40～+70℃范围内比较稳定,能够满足光纤陀螺系统对光源控制精度和稳定性的要求。

弯波导吸收区结构1．3μm InGaAsP／InP超辐射发光二极管的设计

本文用束传播方法（ＢＰＭ）设计了具有弯曲波导吸收区结构１．３μｍＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ超辐射发光二极管（ＳＬＤ），分析了不同吸收区长度Ｌａ和弯曲的曲率半径Ｒ对ＳＬＤ特性的影响，给出了直观的结果，并进行了优化设计。在假定吸收区后端面反射率为１，和忽略吸收区内的吸收损耗的条件下，取ｄ＝０．２μｍ，ｗ＝２μｍ，Ｌｐ＝４００μｍ，Ｌａ＝２００μｍ，Ｒ＝５００μｍ，Ｉ＝２００ｍＡ，经吸收区反射耦合回有源区内的光与有源区前端面入射光的强度比率仅为９．５×１０－３。

光纤陀螺光源热敏电阻器特性及其影响研究

系统研究和分析了国产超辐射发光二极管(SLD)光源的热敏电阻器的全温温度特性。试验和分析结果表明:不同SLD光源内的热敏电阻器特性存在不一致性,而不同厂家的光源之间的这种不一致性更为显著;部分厂家的SLD光源的监测热敏电阻器与控制热敏电阻器差异较大,已失去监测价值;热敏电阻器与温度的关系更接近Steinhart-Hart方程,而非普遍使用的指数形式;在中精度光纤陀螺的温控范围内,热敏电阻器的温度系数为435±10Ω/℃,而不是普遍认为的500Ω/℃。该结果一方面为设计数字化温度控制方案提供了更为严格的热敏电阻器的温度模型,另一方面,细化了光源温控精度的评价标准,可进一步提高温控效果。

一种大功率低偏振度量子阱超辐射发光二极管

设计了一种张应变与压应变相结合的混合应变量子阱结构超辐射发光二极管,研究了TE模和TM模在器件中的模式增益,分析了影响增益偏振性的因素,在此基础上通过改变有源层量子阱的应变类型、应变量以及层数来达到高增益和偏振不敏感性。最后按设计工艺流程生长了芯片,实验结果表明,所设计的SLD芯片单管输出功率在100mA驱动电流下可达3.5mW,出射光谱FWHM约为40nm,20nm波长范围内偏振度为0.3dB,具有较理想的大功率、宽光谱、低偏振度特性。