TDLAS氨气检测系统VCSEL激光器驱动电路设计

采用STM32F407为主控芯片,设计了一款应用于NH3气体TDLAS检测系统的VCSEL激光器驱动电路。该驱动电路通过驱动DAC8560和AD9852产生的低频锯齿波扫描信号及高频正弦波信号,两路信号的频率最大误差分别为0. 29%、0. 18%。该电路通过OP77进行信号叠加,经LT1001电压-电流转换电路进行电压信号到电流信号的高精度转换,实际转换误差小于0. 3%,该电流信号可实现对VCSEL激光器的驱动,电路整体误差小于0. 3%。此外,主控芯片可通过程序进行参数更改及波形控制,该驱动电路还可以推广到其他气体检测应用。

10 Gbps VCSEL激光器驱动CMOS集成电路

本设计采用国内GSMC130nmSOICMOS工艺设计了一款10Gbps的激光器驱动芯片。电路核心部分由限幅放大级、输出驱动电路、8bitDAC电路、偏置基准电路等组成。其中,为了在130nm工艺下实现10Gbps速率,限幅放大级采用共享电感并联峰化技术实现带宽拓展,同时兼顾了面积与功耗的考量。该芯片整体面积为2.16mm×1.24mm,采用1.2V电源供电,后仿真结果表明,在典型输入差分200mV、10Gbps的激励信号下,可提供2~8.6mA范围可调调制电流和1~3mA范围可调偏置电流。在典型配置下,输出5mA调制电流和2mA偏置电流,总功耗为51.2mW,输出眼图张开且清晰。性能指标可以满足光纤通信系统和快速以太网的应用。

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。

一种多波长激光器的多模式驱动研究

介绍了一种多波长半导体激光器驱动系统的设计,该系统采用了压控电流源与PicoLAS模块混合驱动的方法,具有效率高、体积小、电路简单可靠、易于系统集成等优点,为半导体激光器的驱动设计提供了一种选择和参考。

高精度多通道激光器恒定驱动电源研究与设计

为了对多个激光器进行可靠性测试,实现分时工作,同时降低驱动电路体积,选用多路选择开关和多路模拟开关以实现多通道下光电二极管PD和雪崩光电二极管APD的切换,通过设置DAC数模转换芯片不同工作点电压,实现一种可以驱动多通道不同型号激光器的恒定驱动电源电路;电路设计中利用深度负反馈原理来提高系统的稳定度,设计了双OPA和MOS管进一步减小漏电流引起的偏差,优化了电压-电流线性度;软件设计中引入强化学习Actor-Critic框架对RBF-PID算法参数自适应调整,缩短系统动态平衡时间的同时具有智能性;实验表明该驱动电源具有输出精度高(<0.1%),稳定性强(0.05%),纹波系数低(<1μA),动态响应时间快,抗干扰能力强等优点。

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。

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。

大功率光纤激光器恒流驱动电源设计分析

光纤激光器作为第三代激光技术的代表,与传统固体激光器相比,具有结构简单、转换效率高等优点。其中,恒流驱动电源作为光纤激光器中的重要组成部分,对光纤激光器提供充足电源起到关键性作用,能有效改善传统线性电源能量消耗大的问题,还能有效提升对能源的使用效率。基于此,主要对大功率光纤激光器恒流驱动电源设计进行分析研究,以期为相关人员提供参考。

基于VCSEL激光器的激光甲烷传感器研制与应用

基于VCSEL激光器,研制了高性能低功耗激光甲烷传感器,并进行了实际应用。该激光甲烷传感器具有响应快速、灵敏度高、抗光学与电子干扰性能优、无接触性检测且选择性强等优点,解决了当今煤矿井下广泛使用的热催化式甲烷传感器存在的零点易漂移、电气功耗高、使用周期短、易受其他有毒有害气体干扰、易受现场湿度和温度影响等诸多问题,提高了安全监测监控系统的可靠性。

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。

封装方式对垂直腔面发射激光器热特性的影响及优化

垂直腔面发射激光器(VCSEL)易于片上集成,是激光雷达、安防照明等系统中的关键光电子器件。但VCSEL器件内部严重的自发热现象会影响器件的输出功率、高速特性和稳定性等,因此VCSEL热管理技术极具重要性,采用优化的封装方式能够有效增加VCSEL的热耗散,是改善VCSEL热性能的重要方法。本文基于有限元(Finite-element method,FEM)计算模型,对不同封装方式和器件表面采用覆盖铜薄层的VCSEL热特性进行数值分析。仿真结果表明,相较于顶出光封装方式,衬底出光(完全刻蚀上下DBR)的倒装焊封装能够有效降低有源区温度,下降超56%。随着器件台面直径逐渐增大,采用顶出光封装方式的器件温度和热阻显著下降,温度下降约50℃,热阻下降超3.25 K/mW;而完全刻蚀上下DBR结构且采用倒装焊封装方式和仅刻蚀PDBR结构且倒装焊封装方式的器件温度和热阻则均呈缓慢上升趋势,器件温度上升约2℃,热阻上升约0.15 K/mW。在器件台面、侧壁及衬底上表面覆盖一层铜可有效降低有源区温度和改善热阻,当覆铜层厚度为3μm时,有源区温度下降43%,热阻下降1.9 K/mW。本文分析了封装方式对VCSEL热特性的影响并提出相应的优化方案,对VCSEL的有效散热封装具有指导意义。

车用垂直腔面发射激光器模组整板金锡共晶焊接工艺

激光雷达及飞行时间(ToF)传感器中垂直腔面发射激光器(VCSEL)模组使用的银胶固晶工艺存在银迁移及硫化问题,亟需开发一种可靠性高并可量产的整板金锡共晶焊接工艺。以单颗焊接模式下单因素实验及正交实验为基础,借助Ansys热仿真工具,探究整板焊接中基板与压头之间合适的匹配温度。单因素控制变量实验发现,固晶芯片推力随共晶温度、压头行程、共晶时间的增加先增大后减小,正交实验得到最佳工艺参数为共晶温度320℃、压头行程500μm、共晶时间4 s。采用优选工艺参数500μm、4 s、270~350℃进行整板焊接,平均固晶芯片推力为821 N,相较银胶固晶工艺提高了139%。

一种纳秒级半导体激光器集成微模块

为提升半导体激光器在高重频下工作的稳定性,并满足模块高集成度的需求,研制了一款纳秒级半导体激光器集成微模块。该微模块包括半导体激光器芯片、装载激光器芯片的基板以及驱动电路。在基板侧面设计金属化过孔,将半导体激光器芯片的电极从基板侧面引出,实现了激光的垂直发射;采用球栅阵列(BGA)封装GaN HEMT和GaN驱动器,优化电路布局和半导体激光器的回流路径,减小寄生电感,实现了1 ns的发光脉冲宽度,工作重频达到了1 MHz;同时,发光脉冲信号的前沿抖动度小于60 ps,脉冲宽度抖动度小于200 ps,表明其具有较高的稳定性。最后,采用高透明、耐高温的灌封胶对该微模块实现集成化封装,整体尺寸仅为6mm×5mm×2.6mm。

STM32的窄线宽半导体激光器驱动电路设计

设计了一种高稳定性的激光器驱动电路。激光器驱动电路硬件主要包括温控模块、恒流驱动模块以及电流调谐模块,电路设计采用STM32微处理器作为主控芯片,ADN8443作为温度控制器件,结合PWM控制方案实现温度控制,设计恒流驱动电路以及电流调谐电路实现半导体激光器的稳定输出。经过测试,功率稳定度为0.16%,波长稳定度为0.23 ppm,电路具有可调谐、体积小、效率高、驱动能力强等优点,能够实现激光器的稳定控制。

半导体激光器驱动电路设计及实验研究

可调谐半导体激光器是可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)系统的重要器件之一,激光器输出波长的稳定性直接决定系统测量的准确性和稳定性,而注入电流和工作温度是激光器输出波长的主要控制因素。设计了激光器驱动控制电路,并利用PID控制实现激光器工作温度的恒温控制,不仅能提供高精度低噪声的注入电流,而且对激光器有完备的安全保护功能。首先对注入电流和温度控制进行了短期测试分析,随后将设计的电路应用于中心波长为1512 nm的激光器,开展了测试分析,对激光器的温度、电流调谐特性进行研究,并对激光器输出波长的稳定性进行了短期和长期测试。结果发现激光器输出波长的标准偏差为0.0002,满足TDLAS系统对激光器恒流恒温控制的要求,表明该驱动控制电路实现了对半导体激光器的高精度驱动控制。

基于FPGA脉宽可调的窄脉冲激光器驱动电路设计

针对激光驱动电路纳秒脉冲宽度无法调节的问题,设计了一种新型的脉宽可调的窄脉冲激光驱动电路。利用FPGA和激光二极管的工作原理,设计并搭建半导体激光器驱动电路。电路采用高速MOSFET作为开关器件驱动激光二极管SPLPL90-3,并利用LTspice仿真软件分析激光驱动电路中电源电压、储能电容和阻尼电阻对驱动脉冲的影响,最终选择最佳的电路参数。当电源电压为150 V,储能电容为1 nF,阻尼电阻为2Ω时,最终输出激光二极管的电流为39.7 A,脉冲宽度6 ns,上升沿3 ns,满足了大电流纳秒脉冲半导体激光器驱动电路的设计要求。

连续可调脉冲半导体激光器驱动电路设计

本文针对通用窄脉冲半导体激光器的使用及测试方式,设计了一种脉冲宽度和工作频率连续可调的带电流监测的大电流窄脉冲驱动电路。整体驱动电路的频率调节与脉宽控制采用模拟方式实现大范围连续可调,同时可通过电流采样直接监测激光器驱动电流的幅值和脉冲宽度。经测试,该驱动电路可实现峰值电流30 A、脉冲宽度50ns~200ns、工作频率300Hz~50kHz连续可调的驱动能力。

煤矿氧气检测高精度VCSEL驱动及温控电路设计

为解决当前常用煤矿氧气检测仪器易受交叉气体干扰且功耗大的问题,基于GD32F303RCT6微控制器和ADN8834热电冷却控制器,设计了一种软启动开关电路控制的垂直腔面发射激光器(Vertical-cavity Surface-emitting Laser,VCSEL)高精度驱动及温控电路。驱动电路中,高频正弦波信号和低频锯齿波信号叠加的二进制数据由微控制器产生,经信号发生电路、电压电流转换电路转化成VCSEL高精度驱动电流信号;温控电路中,设计基于比例积分微分(Proportional Integral Differential,PID)补偿电路和数模转换控制器(Digital to Analog Converter,DAC)目标温度控制电路实现激光器温度自动调节。测试结果表明:驱动电路的电流输出区间为0.680~1.360 mA;锯齿波频率误差小于0.5%,正弦波频率误差小于0.1%;氧气吸收峰扫描精度高达0.07 pm,对应电流扫描精度为0.12μA;温控电路的温度控制精度为±0.012℃。满足了可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)煤矿氧气检测应用需求。

控制半导体激光器的高稳定度数字化驱动电源的设计

以TMS320F28335为控制核心,设计了一种用于驱动半导体激光器的数控电流源。电源的外围电路包括指示灯模块、语音模块、LCD模块以及键盘控制模块。语音与指示灯模块负责系统工作状态提示,LCD负责显示实际电流以及目标电流,键盘模块负责电源的启动、关闭、电流设置、电流步进等操作。电路设计中利用深度负反馈原理来提高系统的稳定度,设计了双MOS管进一步减小漏电流引起的偏差(小于0.5%),优化了电压—电流线性度;软件设计中采用了PID算法缩短了系统的动态平衡时间;系统具有完备的保护措施,如防上电/断电冲击保护电路、延时软启动电路、过流保护电路以及纹波抑制电路,保证了激光器稳定可靠地工作。在激光器的驱动测试过程中,激光器工作状态稳定,中心波长未出现漂移,驱动电流无毛刺出现。

基于FPGA技术的半导体激光器驱动电源的研制

提出了一种新的连续半导体激光器(LD)驱动电源设计方案,该方案融入FPGA技术,采用日立SH系列单片机HD64F7045为控制核心,实现了高稳定度的激光器驱动和温度控制。LD驱动单元中,应用负反馈技术分别实现注入电流IF、驱动电压VF和光功率的高稳定控制,还采取了软启动控制、短路开关和限幅保护的措施,有效地保证了LD的安全。LD温度控制单元中,采用了比例积分(PI)控制技术并结合积分分离的思想,实现对LD温度的高稳定度的控制。实验表明,注入电流的稳定度达到10-4量级,温度稳定度优于±0.01℃,性能比以往的同类系统提高了一个数量级。