基于法布里-珀罗半导体激光器实现高重复频率光脉冲的时钟分频

实验研究了重复速率为6.32 GHz的光脉冲注人法布里-珀罗(Fabry-Perot)半导体激光器实现3.16 GHz光脉冲输出的时钟分频现象,讨论了 Fabry-Perot半导体激光器的偏置电流、注入光功率、注入光光谱以及光谱线宽等因素对时钟分频的影响.利用光注入半导体激光器产生的周期二振荡非线性动力学特性.实现了高重复速率光脉冲的时钟分频.研究表明,当注入光的光谱较窄且锁定Fabry-Perot半导体激光器某一纵模时,在较低的偏置电流和一定的注入光功率时,时钟分频才能发生.采用半导体激光器的速率方程.通过数值模拟,研究了半导体激光器的偏置电流和线宽增强因子以及注入光功率对时钟分频的影响,所得结果与实验结果相吻合.     

基于电流自适应补偿的高稳定度调制光栅Y分支型激光器控制系统

针对半导体激光器在实际应用中波长、功率稳定性较差以及控制系统复杂等问题,设计了一套高稳定度调制光栅Y分支型激光器控制系统。该系统利用模糊比例-积分-微分控制算法稳定功率,并通过两次正交试验优化算法参数,减小功率超调量,同时提出电流自适应补偿的波长校准算法,提升不同功率下的波长稳定性,解决电流内环反馈时引起的波长和功率交叉影响问题。结果表明,仿真优化后的激光器功率超调量从1.528%降低至0.014%,系统调整次数由21减小至17;测试调制光栅Y分支型激光器60 min内的功率漂移量仅为0.004 4 mW,稳定度达到0.060 4%,波长漂移量为1.9 pm,稳定度达到1.22×10^-6。经校准,激光器的半导体光放大器电流在28～78 mA范围内,波长变化量从23.4 pm减小至2.6 pm。     

机载大功率半导体激光信标系统设计

为配合地面探测跟踪系统对飞行目标的探测,设计了一种以４０ Ｗ 紧凑型半导体激光器为光源、具有一定发散角的机载式单色信标系统。由于系统要满足机载平台加装体积小、质量轻、散热好的要求,设计了一体成型的鳍片式壳体结构,解决系统散热问题的同时,控制了整体质量。为实现在有限体积内,４０ Ｗ 单阵列光纤耦合半导体激光器模块所需的６０A 大电流恒流驱动,采用叠相调制技术和同步ＢUＣＫ 变换电路结构;为解决激光器在高空低温环境下输出光功率和中心波长能够稳定控制的难题,设计了数模混合双向温控系统。利用ＺEMAX 软件设计了双凹透镜组结构的扩束装置,实现了对激光发散角的发散和可调节。通过环境考核测试,系统在０℃～１５℃的低温环境下,输出光功率稳定度和波长控制精度均能满足要求。     

半导体激光器的功率控制

为满足目前光纤通信领域中半导体激光器功率高精度控制的要求,结合半导体激光器的内部结构及其功率特性,重点研究了半导体激光器(LD)和光电二极管PD的工作原理,并根据激光器LD和光电二极管PD在实际工作状态下的特性参量提出了半导体激光器的高精度功率控制方法; 采用AD8304高动态范围对数放大器设计了一种应用于光学真延时系统中的半导体激光器功率控制电路,并根据AD8304对数放大器的内部结构及工作特性对整个闭环电路系统做了详细分析; 实验测试结果表明,该功率控制电路运行稳定、工作温度范围宽、控制精度高、成本低廉且易于集成,能够广泛适用于大多数半导体激光器中使用。     

1.064μm半导体激光脉冲种子源的设计

设计了一种运用于MOPA（master optical parameter amplifier）系统的半导体激光种子源。研制了高速大电流驱动模块和任意波形发生器,实验采用1.064μm QW-DFB的大功率半导体激光器,得到了脉冲光功率优于200mW,脉冲宽度1.5ns～1μs和重复频率1kHz～1MHz可调的半导体激光脉冲种子源。     

外光注入半导体激光器实现时钟分频

从理论和实验上研究了利用光注入半导体激光器对高重复速率光脉冲产生的周期振荡和时钟分频现象.结果表明，光注入半导体激光器引起的二倍周期振荡是使注入脉冲重复频率分频的直接原因.通过耦合速率方程，数值模拟了半导体激光器在外光注入时输出光的时间序列和功率谱，并且分析了激光腔内各种周期振荡的特征.研究表明，当注入光使半导体激光器出现稳定的二倍周期振荡，且注入光的重复频率为此振荡频率的二倍时，时钟分频即可产生实验中，采用重复频率为6.32GHz的光脉冲注入Fabry-Perot激光器，实现了3.16GHz时钟分频信号 关键词： 周期振荡 时钟分频 光谱侧带 光注入     

基于单片机的激光发生器的驱动电路设计

为了更有效地控制和调节激光器的温度与功率,设计了一种基于STC11F08XE单片机控制的具有温控和功率控制功能的激光发生器驱动电路。通过使用ADN8830芯片的温度控制功能和ADN2830芯片的功率控制功能实现激光器的温度控制,同时能够手动改变激光器的输出功率。实验结果表明,该系统温度控制模块能够稳定控制激光器温度,使目标温度误差低于0.01 ℃,波长可以在1 535.17 nm~1 563.24 nm之间变动。功率控制模块可实现手动控制,激光器功率在0~10 dBm间变化,误差在0~0.05 mW之间。     

激光系统中半导体激光器温度稳定系统研究与设计

激光器系统中半导体激光器的功率输出稳定度和工作温度有很大的关系,为了使大功率半导体激光器输出功率稳定,需要对激光器实现高精度、快速温度控制。针对现有的激光系统中激光器温度控制系统存在控制精度不够高、控制速度慢等问题,设计了一种温度稳定系统,采用PT-100热电偶测量激光器温度,并使用最小二乘法对温度数据进行拟合,使得温度测量精度达到0.01 ℃;使用改进粒子群算法优化(PSO)的PID控制器实现温度控制。仿真实验和实际测试表明,所设计的温度稳定系统能够很好地控制激光器温度,达到目标温度所需的调节时间小于11 s,达到稳态后温度波动在±0.02 ℃内。与传统的温度控制方式相比,所设计的系统能够实现参数自整定并自动调节温度,对大功率激光系统中激光器温度具有良好稳定效果。     

基于FPGA的半导体激光器温度控制系统设计

介绍了半导体激光器的温度控制原理,设计了基于FPGA的半导体激光器温度控制系统。系统采用数字温度传感器DS18820作为温度测量器件,TEC作为控温执行元件,并采用模糊控制算法、PWM机制来控制TEC的驱动电流从而实现温控。基于QuartusⅡ开发平台采用Verilog HDL设计了软件部分,最后进行了功能仿真。整个系统对硬件要求不高,实现简单。从仿真结果可以看出,控制系统能够满足半导体激光器温度控制的精度和稳定度的要求。     

基于LabVIEW的激光功率数据采集系统

针对全固体激光器的长期功率稳定性检测问题,设计并实现了基于LabVIEW图形设计语言的激光功率数据采集系统。采用光电池制作的激光功率计来实现光功率到电学参量的转换,通过合理的选取激光功率计的滤光片、衰减片和毛玻璃,保证光电池工作在非饱和的线性区。使用STC89C52RC单片机对采集到的信号进行处理,计算机与单片机采用串口通讯,数据采集界面程序采用LabVIEW编写,最终实现了激光功率长期稳定性监测系统的设计、调试与制作。     

高稳定输出功率的全固态激光器

介绍了一种高稳定性输出功率的连续LD抽运Nd∶YVO₄全固态532 nm激光器,输出功率为144 mW,采用LD抽运Nd∶YVO₄晶体,KTP晶体腔内倍频方式工作。该激光器采用热电制冷器(TEC)实现对LD、KTP晶体的高精度温控,其温控精度达到±0.1 ℃。建立了LD电流与输出功率的非线性曲线,通过硅光电池检测激光输出功率实现激光功率实时光反馈,采用阈值式PI控制算法进一步降低稳态误差,通过对抽运驱动电流实施反馈控制获得了波动小于±1%的长时间高稳定功率输出。     

用滑模变结构控制方法实现外腔反馈式半导体激光器的混沌控制

通过增加外腔反馈式半导体激光器的激光反馈时间，使系统处于混沌状态，再采用滑模变结构控制方法实现这种激光器的混沌控制.该方法的优点是系统既能很快地获得稳定的输出激光，又能根据工程需要实现激光输出功率强度的灵活调整.理论分析和数值计算结果表明控制结果具有很强的稳定性和鲁棒性.研究结果对改善实际激光系统稳态输出的快速性、输出功率的灵活可调性和能量转换效率有较好的参考价值. 关键词： 混沌 外腔反馈式半导体激光器 滑模变结构控制 外腔长度     

延时反馈半导体激光器双劈控制混沌方法研究

提出延时反馈半导体激光器双劈控制混沌方法,建立有劈控制的激光动力学物理模型.通过调节激光器外腔光路中的光器件劈去控制反馈光光程,改变了反馈光的延时时间和反馈强度,在物理上实现了延时时间和反馈强度的双参数混沌控制.数值结果证明该方法可以控制激光混沌到周期态,能使激光器输出光脉冲平均功率增加. 关键词： 混沌 控制 劈 双参数     

外调制激光器输出功率高精度控制技术研究

为了研究高速1550 nm微波光纤链路的高精度外调制特性,针对多量子阱分布反馈激光器的物理模型讨论了输出功率、阈值电流与温度的依赖关系,建立了相应的恒温恒功率控制电路,使激光器输出功率稳定在±0.005 dB以内,调制输出3 dB谱宽为0.5 nm,边模平坦,边模抑制比大于30 dB。另外设计了自动增益控制电路和附加相位调制电路,对外调制阶段的光功率进行控制。实验结果表明,采用1550 nm激光器及上述控制电路构成相应的外调制微波光纤链路系统,可有效地提高光发射模块输出光功率的稳定性,克服了直接调制带来的光谱展宽和消光比不稳定的缺点,实现了微波信号的高线性低失真传输。     

基于自制超稳定F-P腔压窄632.8nm外腔半导体激光线宽的实验研究

窄线宽激光由于其具有单色性好、稳定度高、相干长度长等优点,广泛应用于光电检测领域,包括相干通信、精密测量、光学频率标准、吸收光谱计量以及光与物质相互作用研究等。目前频率稳定的氦氖激光器线宽可以达到MHz量级,分布反馈式（DFB）光纤激光器线宽可达kHz量级,DFB半导体激光器线宽可以达到MHz量级,然而光栅反馈半导体激光器可以实现百kHz量级线宽的输出。为了进一步压窄各类激光器线宽,需要通过反馈控制技术来锁定激光到某一频率参考。该研究将自行设计的超稳腔作为频率参考,实现了632.8 nm外腔半导体激光器（ECDL）线宽的有效压窄。本窄线宽激光产生系统的研制包括超稳腔设计、光路设计、ECDL频率控制以及系统集成。超稳腔采用两镜法布里-珀罗腔（F-P腔）结构,腔体是膨胀系数约为10-6 K-1的微晶玻璃,腔镜为一对反射率达99.988 5%(±0.003 5%）的平面镜和凹面镜。为进一步减小外界环境对F-P腔腔长的影响,需要对腔体进行温度控制,本系统采用四片总功率为96 W的半导体制冷片以及水冷散热设计。同时为了降低声音和空气流动对腔模频率的影响,将F-P腔置于真空度为10-5 torr的真空室中;另外为了有效隔振,腔体与真空室用硅橡胶材料隔离。该系统采用的ECDL为德国Toptica公司的DL pro系列激光器,其具有压电陶瓷（PZT）和电流调制两个频率控制端,响应带宽分别为1 kHz和100 MHz。激光器的频率控制采用了Pound-Drever-Hall （PDH）锁频技术,18 MHz的调制频率加载到激光器的电流调制端,通过对F-P腔的反射信号进行解调获得误差信号,通过两路反馈控制,实现了近1 MHz的锁定带宽。通过对系统的不断优化,最后将自由运转状态下约300 kHz的激光线宽压窄到了10 kHz量级,并且系统运行稳定,连续12小时锁定的频率漂移量约为30 MHz。该研究研制的632.8 nm窄线宽激光源不仅可以应用到吸收光谱计量领域,同时也可以在光学面型精密测量领域发挥重要作用。     

半导体激光器混沌输出的延时特征和带宽

外腔延时特征和带宽是影响混沌激光应用的两个重要参量.本文将一个单路光反馈的半导体激光器输出的激光部分地注入到另一个双路滤波光反馈的半导体激光器中,从而构成一个具有外光注入的双路滤波光反馈半导体激光器系统,即主从激光器系统,用于抑制混沌激光的延时特征并研究其带宽.数值研究了外光注入系数、反馈强度、抽运因子和滤波器带宽对系统输出混沌激光的延时特征的影响,然后将该系统对延时特征的抑制效果和具有外光注入的单路光反馈半导体激光器系统、具有外光注入的双路光反馈半导体激光器系统、具有外光注入的单路滤波光反馈半导体激光器系统以及无光注入双路滤波光反馈半导体激光器系统进行对比和分析,结果表明本文提出的方案对延时特征的抑制效果最好.然后在本文提出的具有外光注入的双路滤波光反馈半导体激光器系统中,延时特征被有效抑制的参数条件下研究系统输出混沌激光的带宽,结果表明,通过适当选择参数的取值,本文提出的方案可以提高系统输出混沌激光的带宽.     

TDLAS痕量气体检测中激光器管壳温度对背景信号的影响

采用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术对痕量气体的连续检测，二次谐波背景信号会随着半导体激光器管壳温度变化产生漂移，使得二次谐波波形无法保持稳定，对测量结果产生误差。基于TDLAS原理，解释了二次谐波背景信号的产生，分析了背景信号的来源和背景漂移对测量结果的影响，通过对背景信号的扣除获得标准的二次谐波波形，设计并搭建了一套高精度恒温控制系统，此系统搭载了风冷以及水冷模块进行辅助控温，控制精度达到±0.1 ℃，选取了1 796和1 653 nm波长的DFB半导体激光器，通过控制两只激光器在20～44 ℃温度条件下来回变动，温度间隔为2 ℃，对获得的二次谐波背景信号进行了实验研究。研究表明：随着半导体激光器管壳温度上升，背景信号发生红移，反之发生蓝移；实验中温度每变化2 ℃, 1 796和1 653 nm的DFB激光器的背景信号分别产生了约3.2和2.67 pm波长漂移；通过对半导体激光器进行控温封装，实现对半导体激光器管壳的恒温控制，可以有效地消除室温变化引起的背景信号漂移，维持测量系统的稳定性，提高痕量气体检测的精度和准确度。     

半导体激光器在激光遥控制导中的空间耦合

针对高功率脉冲半导体激光器的远场特点,及激光制导对激光功率密度和光斑均匀性的要求,给出多孔径空间耦合方案并对其优点进行理论分析;针对纳米叠层芯片高功率半导体激光器偏振特性,基于偏振复用的原理,进行2支高功率半导体阵列激光器的偏振合束研究。通过试验得出结论:偏振耦合后系统输出光功率几乎2倍于单个激光器输出功率,采用多孔径耦合及偏振耦合均能满足遥控制导光斑要求。