光子集成混沌激光器驱动电路的设计

论文摘要

混沌激光通常采用结构简单的光反馈半导体激光器产生,然而,用该方产生混沌光需要多种分立的光学器件及半导体激光器。这种半导体激光器加外部各个平面镜等分立器件构建而成结构不仅体积庞大,而且易受环境影响、输出不稳定、功耗大,这使混沌激光的应用受到了很大的限制,对混沌激光相关产业的商业化应用产生了极大地影响。为了克服这一问题,光子集成混沌激光器作为一种易于集成的、稳定的、宽带混沌激光产生的光源已经得到了广泛的关注及研究。但是,目前的光子集成混沌激光器采用的是商品化的温控源和电流驱动源。一方面,商品化的温控源存在控制精度低的问题,而温度的微小变化对激光器的波长和阈值电流都有影响,特别是,光子集成混沌激光器对激光器的波长和阈值电流都非常敏感,这会导致光子集成混沌激光器输出的混沌状态不稳定。另一方面,商品化的温控源体积较大,也不利于整个系统的集成。近来,我们课题组设计了一种激光器的高精度温控与直流驱动电路系统,可以实现对混沌激光器的温度和注入电流进行有效的调节与控制。然而,与控制DFB封装的激光器相比,该设计电路TOSA封装的激光器的输出波长的控制稳定性严重下降,商用的NEWPORT驱动源对该TOSA激光器的控制稳定性同样出现下降。因此研制稳定可靠的混沌激光器温度及电流驱动控制电路,及实现混沌激光器控制的便捷性与可视化操作十分必要。针对现有激光器控制器价格昂贵而且体积庞大,需要用传输控制线及夹具对激光器进行控制,不利于控制系统的集成及便捷化以及对具有不同型号TEC的激光器的控制效果不能灵活调节控制且控制效果不佳等缺点。我们针对实际应用中的问题,并在之前研究问题的基础上对控制电路进行改进,设计了一套针对不同TEC型号混沌半导体激光器的控制系统。本设计能够实现对不同TEC型号混沌激光器的温度及电流的稳定控制,输出到TEC端的最大电压调节范围为0-3.3V,输出电流稳定度在0.02%以内,通过控制温度使激光器的输出波长波动稳定在9pm以内。与Newport驱动源的相比,本设计将TOSA激光器的输出波长的归一化均方差从0.0044降到了0.0020,控制稳定性得到了提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 选题背景及意义
•   1.2 选题研究现状
•   1.3 课题来源及论文结构
• 第二章 混沌半导体激光器温度及驱动控制系统
•   2.1 混沌半导体激光器的内部结构
•   2.2 拟要解决的主要问题
•   2.3 温度控制系统设计
•     2.3.1 温控系统的总体设计
•     2.3.2 TEC端电压调节电路
•     2.3.3 温度设定及反馈设置电路
•     2.3.4 温度调节控制电路
•   2.4 驱动电流控制电路
•   2.5 激光器温度及驱动原理图设计
•   2.6 电路PCB的设计
•   2.7 操作前面板设计
•   2.8 本章小结
• 第三章 控制程序及外设的设计
•   3.1 软件总体功能架构
•   3.2 按键程序设计
•   3.3 温度及电流控制程序设计
•     3.3.1 控制设置电路程序
•     3.3.2 按键值运算输出程序
•   3.4 屏幕显示控制程序设计
•   3.5 本章小结
• 第四章 系统的输出特性及分析
•   4.1 供电电压模块测试
•   4.2 激光器驱动电流性能测试
•   4.3 激光器温控性能测试
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士阶段研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 于小雨

导师: 张建忠

关键词: 不同型号,温度控制,电流稳定度,端最大电压,输出波长

来源: 太原理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 太原理工大学

基金: 国家重大科研仪器研制项目“光子集成宽带混沌信号发生器”(项目编号:61527819),国家国际科技合作专项项目“光子集成半导体混沌激光器联合开发”(项目编号:14DFA50870)

分类号: TN248

总页数: 66

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