半导体激光器低频电噪声的特性及其检测技术研究

论文摘要

本论文围绕半导体激光器的低频电噪声的检测技术展开研究。首先,作为论文的前期工作,在研究了半导体激光器驱动技术及光电特性的基础上,针对电导数测试过程中的强噪声的影响,提出把非线性扩散方程应用于系统中的电导数的降噪,取得了较好的降噪效果,在此基础上,分别基于虚拟仪器技术和嵌入式技术开发了两套大功率半导体激光器的光电特性检测系统,并把非线性扩散方程成功用于设备中的电导数降噪。研究了半导体激光器低频电噪声与器件可靠性的关系,通过所搭建的低频电噪声的直接检测系统,测量了大功率半导体激光器在低偏置电流下的低频电噪声,详细分析了低偏置电流下的电压1/f噪声与器件的可靠性的关系,提出了用低偏置电流下电压1/f噪声的幅度随注入电流的变化趋势来评价大功率半导体激光器的可靠性。针对低频电噪声的直接检测系统的缺点,为了提高1/f噪声的检测效率,开展了加性高斯白噪声背景下半导体激光器1/f噪声的估计研究,系统研究了1/f分形信号的计算机合成方法、基于小波变换的1/f分形信号的参数与波形估计等问题,在此基础上,提出了一种基于最小二乘的1/f分形信号的参数与波形估计方法,并分别通过计算机仿真和半导体激光器的实测数据实验验证了该方法的可行性,为利用数据采集卡开发半导体激光器低频电噪声的数字检测系统奠定了理论基础。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 半导体激光器的产生与发展
• 1.2 低频电噪声用于半导体激光器的可靠性表征
• 1.3 半导体激光器1/f 噪声的检测技术
• 1.4 课题来源及本论文的主要工作与创新点
• 第2章 半导体激光器的驱动及光电特性检测设备开发
• 2.1 半导体激光器的驱动电源要求
• 2.2 半导体激光器I-V 及光功率特性
• 2.3 非线性扩散方程用于电导数的降噪
• 2.3.1 非线性扩散方程及数值微分
• 2.3.2 实验结果与分析
• 2.4 基于 PCI-6014 的光电特性检测设备开发
• 2.4.1 参数的提取
• 2.4.2 系统组成与原理
• 2.4.3 系统性能测试
• 2.5 基于嵌入式系统的光电特性检测设备开发
• 2.5.1 系统组成及设计
• 2.5.2 测试结果
• 2.6 SM35-45 用于激光器列阵的驱动与光电特性检测
• 2.6.1 应用系统设计
• 2.6.2 测试结果
• 第3章 半导体激光器1/f 噪声的检测及特性分析
• 3.1 半导体器件低频电噪声基础
• 3.1.1 g-r 噪声
• 3.1.2 1/f 噪声
• 3.2 1/f 噪声的模型
• 3.2.1 表面载流子数涨落模型
• 3.2.2 迁移率涨落模型
• 3.3 半导体激光器的1/f 噪声与可靠性的关系
• 3.3.1 半导体激光器的可靠性
• 3.3.2 器件各部分对1/f 噪声的影响
• 3.4 1/f 噪声的直接检测系统
• 3.4.1 检测系统的硬件构成
• 3.4.2 系统的屏蔽与接地技术
• 3.4.3 数据的转换及参数的提取
• 3.5 大功率半导体激光器的1/f 噪声的测试结果
• 3.5.1 偏置电流的选择
• 3.5.2 测试频率的选择
• 3.5.3 实验结果分析
• 第4章 半导体激光器1/f 噪声的估计研究
• 4.1 分形理论基础
• 4.1.1 1/f 过程
• 4.1.2 1/f 过程的小波变换表征
• 4.2 小波变换的基本理论
• 4.2.1 连续小波变换
• 4.2.2 离散小波变换与二进制小波变换
• 4.2.3 1/f 过程的二进制小波变换
• 4.3 1/f 类分形信号的合成方法研究
• 4.3.1 利用小波逆变换生成分形信号
• 4.3.2 分数布朗运动与分数高斯噪声模型
• 4.3.3 其它模型与方法
• 4.4 加性白噪声背景下1/f 分形信号的参数与波形估计
• 4.4.1 含噪1/f 类分形信号小波变换系数的特点
• 4.4.2 最大似然参数估计
• 4.4.3 最小二乘法参数与波形估计
• 4.4.4 仿真实验结果与分析
• 4.5 半导体激光器1/f 噪声的估计结果
• 4.5.1 最小二乘估计方法的改进
• 4.5.2 实验结果与分析
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文及参与的课题
• 摘要
• Abstract