半导体激光器驱动模式与可靠性研究

论文摘要

本论文的主要研究工作是根据半导体激光器的电学特点,构建了半导体激光器驱动模式的数学模型,并对驱动模式的可靠性进行了分析与研究。首先简要介绍了半导体激光器的发展概况,对当前国内外半导体激光器的驱动模式做了概括介绍。其次重点对恒电流驱动模式,恒功率驱动模式和恒电压驱动模式进行了深入的分析与研究,推导出了三种驱动模式下控制量与反馈量之间的函数关系。在恒电流驱动模式中重点分析了影响驱动电流稳定度的因素,给出了提高最大驱动电流的可行方法,并对末级电路中功率器件的电流分配问题进行了深入分析。针对半导体激光器阵列的特性,提出了恒电压驱动模式的概念,并设计了驱动电路。最后根据三种驱动模式的特点,设计了限流保护电路,过流保护电路,软启动电路和防浪涌电路,切实保护了半导体激光器地安全工作。数值仿真和实际的数据测试表明,模型构建得到了比较理想的结果。本论文的创新点在于:第一,提出了恒电压驱动模式的概念,并给出了相应的驱动电路设计;第二,限流保护电路的电流取样反馈点取自激光器的实时工作电流,确保了工作模式切换时对激光器的实时保护;第三,对三种工作模式下影响输出稳定性的因素进行了分析,并给出相应的解决方案。本文的工作是在国家自然科学基金项目(No.60372061)“超高速主动锁模光纤激光器真自启动及稳定性研究”的支持下完成的,通过对半导体激光器驱动模式的研究,对进一步深入研究半导体激光器的驱动与控制技术提供了一定的研究基础。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 半导体激光器的概念
• 1.2 半导体激光器的原理
• 1.3 半导体激光器驱动技术的研究与进展
• 1.4 本论文研究的主要内容
• 第2章 恒电流驱动模式理论分析与电路设计
• 2.1 恒电流驱动模式理论分析
• 2.1.1 负反馈技术的应用
• 2.1.2 驱动电流的实现和稳定性分析
• 2.1.3 驱动电流稳定度的测量
• 2.2 大电流驱动电路的设计
• 2.2.1 功率MOSFET 的特性
• 2.2.2 功率MOSFET 的并联
• 2.2.3 功率MOSFET 器件的热输运研究
• 2.2.4 并联功率MOSFET 的实验研究和数据分析
• 2.3 恒电流驱动电路的可靠性分析
• 第3章 恒功率驱动模式理论分析与电路设计
• 3.1 半导体激光器的特性
• 3.1.1 半导体激光器的P-I 特性和V-I 特性
• 3.1.2 半导体激光器光功率的温度特性
• 3.2 恒功率模式的理论分析
• 3.3 恒功率模式驱动电路设计和反馈系数推导
• 3.3.1 光功率检测电路的设计
• 3.3.2 恒功率驱动电路设计
• 3.3.3 恒功率反馈系数推导
• 3.4 恒功率模式的实验分析
• 第4章 恒电压驱动模式理论分析与电路设计
• 4.1 恒电压驱动模式的理论分析
• 4.1.1 恒电压驱动模式的工作原理分析
• 4.1.2 恒电压驱动模式的电压取样网路
• 4.1.3 恒电压驱动模式下控制电压与输出电流关系
• 4.2 恒电压驱动模式的实验结果与数据分析
• 第5章 驱动模式可靠性研究和保护电路设计
• 5.1 半导体激光器的失效原理分析
• 5.2 限流保护电路理论分析与设计
• 5.2.1 电路原理分析
• 5.2.2 限流电路的软件仿真
• 5.2.3 实验数据分析
• 5.3 过流保护电路理论分析与设计
• 5.3.1 电路原理分析
• 5.3.2 软件仿真
• 5.3.3 实验数据分析
• 5.4 软启动保护电路理论分析与设计
• 5.4.1 电路原理分析
• 5.4.2 软件仿真
• 5.4.3 实验数据分析
• 5.5 防浪涌保护电路理论分析与设计
• 5.5.1 电路原理分析
• 5.5.2 软件仿真
• 5.5.3 实验数据分析
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 中文摘要
• ABSTRACT