基于单片机的LD控制系统的设计

为了实现激光器稳定、可靠和准确的功率输出,介绍一种基于单片机实现半导体激光器功率高稳定的控制系统。该系统以MSP430单片机为核心,根据半导体激光器的工作原理,设计了受控恒流源、温度控制系统和光功率反馈系统等部分。此外,系统还具有激光功率的实时控制、显示和设置以及软开关和软保护等功能。功率稳定采用光功率反馈法,温度控制采用高精度PWM驱动的半导体制冷器。光功率稳定度优于0.25%。     

半导体激光器温度控制的研究

本文研究了半导体激光器的温度特性；提出了半导体激光器的高精度温度控制方法和保证温度信号检测、传输精度的方法；研制了半导体致冷的半导体激光器温度控制系统．     

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。     

大功率半导体激光器温度控制技术研究

介绍了半导体激光器温度控制器的结构组成,给出了控制流过TEC电流幅度、方向和最大值的方法,利用PID实现精确温度控制。实验结果表明,控制的温度范围可达-15～＋60℃,温度稳定性为0．02℃。     

用于铷蒸气激光泵浦的窄线宽阵列半导体激光器

在激光二极管LD泵浦铷蒸气激光器中,窄线宽半导体激光是实现铷蒸气激光高效率输出的关键技术之一。基于体布拉格光栅（VBG）外腔技术,实现了40 W功率0.14 nm线宽的780 nm激光输出。采用半导体制冷片（TEC）控制VBG温度,使得该激光器空气中波长可从779.35 nm调谐至780.10 nm,可用于铷蒸气激光的高效泵浦。     

热电冷却半导体激光器的温控策略研究

本文以半导体激光器为研究对象,利用Simulink建立了基于热电制冷的半导体激光器温度控制仿真模型,对比不同工作状态下PID控制策略和模糊控制策略温度控制效果,结果表明两种控制策略都能满足半导体激光器温度控制和及时启停要求,其中PID控制算法精度可达到0.01℃。采用PLC温控器设计了两种温控系统的试验台,温控精度达到±2℃,实验发现两种温控策略有各自优势,应根据半导体激光器实际工作状态选择合适的温控策略。     

采用半导体激光器自身pn结特性测温的 半导体激光器恒温控制

温度对半导体激光器的发射波长有很大的影响,而很多应用都要求半导体激光器的发射波长是稳定的。针对使用测温元件作为温度传感器进行半导体激光器恒温控制中存在的温度误差,提出了以半导体激光器自身pn结作为温度检测元件进行半导体激光器恒温控制的方法,设计了半导体制冷器的驱动电路。该方法利用pn结的温度敏感特性,首先通过实际测量标定pn结的温度与其两端压降的对应关系,然后通过测量压降得出相应的实际温度。实验结果表明,采用该方法消除了使用温度传感器进行半导体激光器恒温控制中温度梯度造成的恒温误差,提高了测量速度,显著减小了超调量,消除了静差和波动。     

多通道半导体激光器温控系统

研制了一种板级多通道半导体激光器温控系统,将其应用于混合气体检测中可实现同时对多个半导体激光器温度的控制.该系统硬件上由多通道温度采集模块、数字信号处理器模块、半导体制冷器(TEC)和TEC控制模块组成.软件上采用时间片轮转调度算法和积分分离式数字比例积分微分算法,实现了对多个半导体激光器温度的实时、精确控制.为了测试系统的性能,利用该系统同时控制中心波长为1.65μm和1.56μm的可调谐分布反馈激光器的温度,进行了温度控制实验并测试了两个激光器的发光光谱.实验结果表明,该系统可以实现对两个激光器温度的同时控制,温控精度为-0.011~0.015℃,响应时间小于3s.对温控系统的工作稳定性进行了测试,两个激光器连续工作6h,其工作温度保持恒定.连续10h测试两个激光器的输出光谱,输出波长的峰值未出现偏移.该温控系统体积小、成本低、便于集成且稳定可靠,在混合气体检测中有良好的应用前景.     

980 nm半导体激光器温度控制方案设计

980 nm半导体激光器作为掺铒光纤放大器的最佳泵浦源,其温度会影响激光器功率稳定性和放大器输出光谱漂移。提出将现场可编程门阵列（FPGA）作为核心控制元件,以半导体制冷器为执行元件、热敏电阻为温度传感器,利用FPGA自动切换内部状态机、控制流入半导体制冷器电流的方向和大小,实现980 nm半导体激光器内部的温度控制,并通过搭建基于FPGA的掺铒光纤放大器系统实验装置,验证所提方法的可行性。实验结果表明：所提出的温度控制方法能有效地实现980 nm半导体激光器的温度控制,使其功率-电流曲线的线性拟合度提高了23.07%,掺铒光纤放大器的输出光谱波长偏移减小了62.5%,保证了激光器输出功率及放大器输出波长的稳定性。该方法的结构简单且实时性高,对推进半导体激光器温度控制的发展及应用具有非常重要的意义。     

LD快轴准直柱透镜多参数加工公差分析理论

为了实现半导体激光器快轴准直柱透镜加工公差的快速、准确制定,在快轴光束准直理论分析的基础上,采用几何光学的方法建立了多参数加工公差理论模型。该模型以各个结构参数的极限偏差值作为公差初始值,以实际的加工精度作为边界条件,并根据具体的准直设计要求进行优化,实现各个参数公差的合理、快速分配。针对常见的TO-MOUNT型号中的一款快轴发散角为36°的半导体激光器设计了快轴准直柱透镜,利用该理论模型实现快轴准直柱透镜加工公差的快速制定,引入该公差后的ZEMAX仿真结果符合准直设计要求,且仿真的出射光束发散角与理论计算结果仅有1.1%的误差。     

多路高精度机器人控制器软硬件设计及优化

为实现多路高精度伺服电机驱动控制,设计了由软件和硬件组成的机器人控制器系统。控制器包括ATMEGA8微处理器搭配74HC595的硬件结构和冒泡算法两部分,可以产生多达32路的PWM信号,但测试结果显示输出信号精度不高。为进一步提高PWM控制信号的输出精度,将软硬件进行了优化,设计了以STM32微处理器为核心采用定时器分时算法的控制器。该控制器利用4个定时器并行输出多达32路的高精度PWM信号,在机器人和自动控制领域有很好的应用前景。     

基于单片机和半导体制冷片的热敏电阻实验

介绍了半导体制冷片的基本结构,基于单片机和半导体制冷片设计了热敏电阻温度特性研究实验,设计完成了温度特性研究系统的硬件电路和软件构造,探讨了单片机和半导体制冷片在物理实验中的应用.此实验平台具有很好的扩张性,可用于设计组成各种温度控制类的实验内容.所完成的温度特性研究实验系统具有集成度高、体积小、使用方便等特点.     

神光Ⅱ激光装置集中控制系统设计

为提高神光Ⅱ激光装置的计算机控制水平,以控制系统软件开发工具EPICS为框架,设计并开发了神光Ⅱ装置的集中控制系统。具体介绍了该控制系统的总体结构和软件的逻辑组成,并以数据库和驱动程序为实例探讨了在Linux环境下EPICS软件的开发和应用。实验结果表明:该控制系统能够满足神光Ⅱ装置对计算机集中控制系统的功能要求,也为高功率激光装置的集中控制提供了新方案。     

激光点火系统上位模拟器研究

激光器件的优良性能大大提升了它在武器系统中的应用前景。上位模拟器是模拟武器系统对激光点火系统实施指令的控制单元,通过上位模拟器的操作可以实现对激光点火系统的远程控制。上位模拟器的研究是基于硬件和控制软件的,具备有发火控制、保险与解除保险控制、通讯、温度检测与背向光检测等多种控制功能。上位模拟器的研究为激光点火系统在武器系统中的实际应用奠定了良好的基础。     

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。     

共聚焦显微镜激光高速扫描控制系统设计及实现

 在传统光学扫描方法基础上,有效地将检流式与共振式光学扫描振镜结合起来,提出一种速度可达4 M/s采样率的高速激光扫描方法,并基于单片机系统设计搭建了系统控制硬件平台,编写了上位机端和下位机端应用软件。实验结果表明:该控制系统扫描速度快,性能稳定可靠,能够应用于共聚焦显微镜,实现实时扫描成像 。     

双波长LD模块的拉曼光谱测试系统

荧光干扰是拉曼光谱检测过程中常见的干扰因素之一,而移频激发法是一种有效的克服荧光干扰的检测手段。移频激发法利用两个波长相近的激光分别激发被测物质,并将获得的拉曼光谱进行差谱。由于两次激发的荧光背景相同,而拉曼特征峰会产生平移,因此可有效地消除荧光背景的干扰,进而利用一定的算法还原拉曼特征峰。移频激发法的关键在于两个激发光波长的稳定性,不稳定的波长差将严重影响对拉曼特征峰的还原效果。本文研制了一种拉曼光谱测试系统,该系统的双波长LD模块能够产生两个波长稳定的激发光(分别为784.7和785.8 nm),满足移频激发法的测试要求。影响激发光波长稳定性的因素主要是光功率和温度,本系统中对这两个因素均进行了实时的监控,以保证激发光波长的稳定。系统的硬件部分主要包括ARM主控板、双波长LD模块及其驱动电路、温度控制板、数字光开关、光谱检测光路和光纤探头(两个高功率的蝶形封装激光器);软件部分可自动获取被测物质的拉曼光谱图,并对其进行后续的处理。在稳定性测试实验中,对系统驱动电源电流和激光器温度的稳定性均进行了测试。测试结果显示,电流波动范围小于0.01 mA、温度变化范围小于0.004 ℃,能够有效地保证激发光波长的稳定性。最后,对某品牌花生油进行了拉曼光谱检测,并对检测结果进行了处理,获得了良好的效果。     

基于无线传感网的温室花卉自适应调控系统

针对传统温室控制系统大多只是简单地采集环境参数如空气温湿度,并且缺乏长期评估和有效反馈机制的问题,文章提出了一种基于无线传感网的温室花卉自适应调控方法,并实现了一个综合传感、决策、执行反馈的软硬件系统。为此,系统中设计了基于Zigbee的传感器节点模块、传输网关和控制指令集。传感器节点模块可以灵活地布置并实时可靠的传输数据。中间件系统则通过控制指令集接收传感数据和发送反馈控制指令。上层应用管理软件可以实时查看花卉、温室和设备的实时状态以及各种参数。运行结果表明,本系统可以实时采集温室温湿度,并结合专家规则通过中间件系统对花卉生长环境进行有效的评估和精准的反馈调控,达到了在降低温室花卉培育成本的同时,也提高了高端花卉培育成功率的目的。