半导体激光器功率稳定性的研究

论文摘要

半导体激光器以其转换效率高、体积小、重量轻、可靠性高、能直接调制等特点,在科研、工业、军事、医疗等领域得到了日益广泛的应用。但在实际使用中存在的主要问题之一是激光器的输出功率不稳定。半导体激光器是一种高功率密度并具有极高量子效率的器件,对于电冲击和工作温度变化的承受能力很差,由温度引起的微小电流将导致光功率输出的极大变化和器件参数(如激射波长,噪声性能,模式跳动)的变化,这些变化直接危及器件的安全使用,因而在实际应用中对激光器驱动器的性能和安全保护有着很高的要求。为了减小环境温度变化和激光器的热效应对激光器本身及其输出造成的影响,本文将半导体激光器和温度控制装置设计在一起,使激光器能够在恒温下工作。随着计算机技术的发展,基于微型计算机的数字化控制能够有效地解决半导体激光器的准确、稳定和可靠性问题。因此,数字化、智能化是半导体激光器的必然发展方向。在文中提出了基于单片机设计的控制系统。该系统分三部分:1.激光器驱动控制部分。由于半导体激光器是以电流注入的方式来驱动的,通过控制电流可以达到控制功率的目的。采用光功率闭环反馈的方式,将光强信号输入单片机,经过CPU处理后,反馈给电流,通过改变流实现功率的稳定。同时对激光器提供多种保护措施。2.温度控制部分。该系统以半导体制冷器(TEC)为执行器件,以单片机为核心,通过软件和硬件相结合的方式设计各部分的电路。在控制方面,通过数字PID计算控制量,采用PWM来驱动TEC。3.显示和按键控制部分。采用LCD显示激光器的功率,通过按键控制系统的开始和关闭。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外半导体激光器功率稳定性的研究状况
• 1.2.1 国内对半导体激光器驱动电源的研究现状
• 1.2.2 国外对半导体激光器驱动电源的研究现状
• 1.3 论文的主要内容
• 第2章 半导体激光器的工作原理介绍
• 2.1 半导体激光器的工作原理
• 2.2 半导体激光器输出特性
• 2.3 半导体激光器的功率特性及温度特性
• th、阈值电流I_th 的影响'>2.3.1 温度对半导体激光器电流密度J_th、阈值电流I_th的影响
• 2.3.2 温度对输出光功率的影响
• 2.3.3 温度对半导体激光器输出光波长的影响
• 2.3.4 半导体激光器结构
• 2.4 本章小结
• 第3章 系统的硬件组成结构
• 3.1 系统电源部分
• 3.2 系统结构
• 3.3 恒流源及保护电路
• 3.3.1 恒流源工作原理
• 3.3.2 保护电路
• 3.3.3 光功率控制
• 3.3.4 电流、电压监控
• 3.4 半导体激光器的恒温控制
• 3.4.1 温度变化对半导体激光器的影响
• 3.4.2 温度控制装置
• 3.5 液晶显示控制部分
• 3.5.1 FM1601A 液晶显示控制器
• 3.6 本章小结
• 第4章 系统的软件实现
• 4.1 数字PID 控制算法
• 4.2 软件数字滤波的实现方法
• 4.2.1 数字滤波算法
• 4.2.2 常用的滤波方法
• 4.3 标度转换
• 4.3.1 线性参数标度转换算法
• 4.3.2 标度转换程序
• 4.4 光功率反馈控制程序
• 4.5 PID 控制算法分析
• 4.5.1 采用动态特性法进行参数整定
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢