半导体激光器特性参数测试系统的设计与实现

论文摘要

在社会经济发展和科学技术进步的过程中,光纤通信科学得到了极大地发展和应用,不但要求其传输速度越来越快,而且要求其传输质量也越来越高。作为光纤通信系统中最重要的元器件之一的半导体激光器的特性参数的好坏,将直接影响到系统的传输质量。因此,对于半导体激光器特性参数测试系统的研究意义重大。本论文提出的半导体激光器特性参数测试系统主要包括半导体激光器、单片机硬件测试平台和上位机PC控制平台等。本论文首先,介绍了外半导体激光器测试仪的发展过程,并对国内外市场上的测试仪产品进行对比和介绍。其中,特别介绍了国内半导体激光器测试系统的研究现状,并综合比较了各类测试系统各自的优缺点；接下来,简单地介绍了半导体激光器的内部结构和工作原理,结合半导体激光器测试系统的测量对象,着重分析了半导体激光器的几种主要特性曲线和阙值特性。在单片机硬件测试平台的设计中,根据实现的功能不同,将外围测试电路模块细分为单片机外围控制电路、参数测量电路和功率放大电路等模块进行分析和介绍；对于单片机控制系统软件设计模块的分析从整体入手,主要通过程序流程图的形式,介绍了脉宽调制模块、A/D转换模块和UART模块等的编程思路和单片机主要寄存器的设置；在上位机PC控制平台的设计中,笔者创新性地引入了当前比较流行的虚拟仪器技术,以美国NI公司的LabVIEW作为开发环境,充分发挥个人计算机在数据处理方面的强大能力,提高了系统整体的运行速度。最后,结合实际需要,为了减小测量过程中的误差对结果的影响,描绘特性曲线时引入了曲线拟合优化算法,提高了测量结果的精确度和可信度。经过测试,该系统能够描绘出被测半导体激光器的V-I特性曲线、P-I特性曲线和Im-I特性曲线,并计算出其特性参数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 半导体激光器测试仪的国内外发展现状
• 1.2.1 半导体激光器测试仪的国外发展现状
• 1.2.2 半导体激光器测试仪的国内发展现状
• 1.3 论文组织结构
• 第2章 半导体激光器及其特性参数分析
• 2.1 半导体激光器
• 2.1.1 半导体激光器的工作原理
• 2.1.2 半导体激光器的分类
• 2.1.3 半导体激光器的封装
• 2.2 半导体激光器的主要特性参数分析
• 2.2.1 电压-电流特性参数分析
• 2.2.2 监视光电流-电流特性参数分析
• 2.2.3 光功率-电流特性参数分析
• 2.2.4 阙值特性参数分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 半导体激光器特性参数测试系统的设计
• 3.1 半导体激光器特性参数测试系统的总体设计
• 3.2 外围测试电路模块的设计
• 3.2.1 单片机外围控制电路的设计
• 3.2.2 参数测量电路的设计
• 3.2.3 功率放大电路的设计
• 3.3 单片机控制系统软件的设计
• 3.3.1 单片机控制模块的整体设计
• 3.3.2 PWM控制模块的设计
• 3.3.3 A/D转换控制模块的设计
• 3.3.4 UART控制模块的设计
• 3.4 上位机PC控制系统模块的设计
• 3.4.1 开发软件介绍
• 3.4.2 上位机PC控制系统模块的整体设计
• 3.4.3 建立通信模块的设计
• 3.4.4 参数设定模块的设计
• 3.4.5 数据传输模块的设计
• 3.4.6 数据处理模块的设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 半导体激光器特性参数测试系统的实现
• 4.1 半导体激光器特性参数曲线优化的算法比较
• 4.1.1 曲线拟合优化算法
• 4.1.2 平均值优化算法
• 4.1.3 两种优化算法的比较
• 4.2 半导体激光器特性参数测试系统的实现
• 4.3 本章小结
• 第5章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文