用于低噪声DPL激光器的高稳定性LD驱动源的研制

根据高稳定性、低噪声半导体泵浦激光器(DPL激光器)对于激光电源的要求,研制了一台工作电流可达7A、集电流慢启动和过流保护等多重保护于一体的高稳定性LD驱动源,分析了其高稳定性电源的工作原理和影响电流稳定度的主要因素,得到了电流稳定度为2.0×10-4的高稳定性电流输出。以此激光电源作为高稳定性DPL激光器的LD驱动源,获得了3.5h内功率稳定性小于4‰的激光输出。     

半导体激光器用电流源的设计

半导体激光器(LD)是一种电流注入式电致发光器件，其工作特性和使用寿命主要取决于驱动电流源的性能优劣。本文作者设计了一种用于中、小功率LD的新型电流源，它的工作原理是电压／电流转换、电流放大和电流负反馈。输出电流在0～3Ａ范围内可连续调节，当电流分别为2A和3A时，连续5小时内的电流变化量均小于1mA，相应的电流稳定度分别为5.0×10-4和3.3×10-4。另外，该电源还具有抗击浪涌击穿、断电保护和过流保护等多种功能。与以往的电源相比，该电流源具有原理简单、稳定性好等优点，在教学、科研和生产中有很好的应用前景。     

大功率半导体激光器驱动电源保护电路设计

大功率半导体激光器驱动电源的关键是保护电路的设计。通过双限流电路和浪涌强制吸收或隔离保护电路的设计,解决了大功率半导体激光器驱动电源常见的浪涌冲击和电流恒定的难题。实验结果表明电流输出稳定度达到0．04％,浪涌被很好地抑制。     

二极管泵浦1064nm单频Nd∶YAG激光器输出功率稳定控制系统设计

介绍了激光二极管(LD)端面泵浦1 064 nm单频Nd∶YAG激光器的工作原理和结构特点,分析了影响这种固体激光器输出功率稳定性的主要因素,设计并实验研究了一种用于稳定该激光器输出功率的控制方案。该方案在严格控制LD和Nd∶YAG晶体工作温度的条件下,当单频Nd∶YAG激光器的输出功率波动时,根据LD输出功率与其注入电流成正比这一变化规律,利用获得的功率误差信号反馈控制LD的注入电流,即可稳定单频Nd∶YAG激光器的输出功率。实验结果表明:当LD泵浦1 064 nm单频Nd∶YAG激光器的输出功率约为11.5 mW时,采用所设计的控制系统,可使激光输出功率稳定性在130 min内优于1.3%。     

室温连续中红外量子级联激光器驱动电源的研制

为了满足中红外波长调制光谱技术中室温连续中红外量子级联激光器的驱动要求,设计并研制了一种量子级联激光器驱动电源系统.首先,设计了直接数字合成模块来产生直流、锯齿波和正弦波的叠加驱动信号以调谐激光器的电流,进而调制其输出波长;其次,设计了高速(约40ns)过流保护电路,配合电压深度负反馈原理,保证激光器工作的可靠性,提高激光器电流的稳定度;再次,将比例-积分-微分软件算法与温度模拟控制电路相结合,在简化电路结构的同时,有效地控制和稳定激光器的温度,防止因温度变化造成激光器输出波长的漂移和发光功率的波动.利用该驱动电源系统对中科院半导体所研制的中心波长为4.76μm的量子级联激光器做驱动测试,结果表明:驱动电源系统电流调节的线性度为0.0068%,驱动电源的长期(240h)电流稳定度为4.99×10-5,量子级联激光器的光强稳定度为5.07×10-4,控温稳定性为0.01℃,温度稳定时间为17s;当量子级联激光器的驱动电流为330mA,温度为21℃时,在240h内峰值波长的漂移为±0.02nm.     

二极管泵浦1064nm单频Nd:YAG激光器输出功率稳定控制系统设计

介绍了激光二极管(LD)端面泵浦1064 nm单频Nd:YAG激光器的工作原理和结构特点,分析了影响这种固体激光器输出功率稳定性的主要因素,设计并实验研究了一种用于稳定该激光器输出功率的控制方案.该方案在严格控制LD和Nd:YAG晶体工作温度的条件下,当单频Nd:YAG激光器的输出功率波动时,根据LD输出功率与其注入电流成正比这一变化规律,利用获得的功率误差信号反馈控制LD的注入电流,即可稳定单频Nd:YAG激光器的输出功率.实验结果表明:当LD泵浦1064 nm单频Nd:YAG激光器的输出功率约为11.5 mW时,采用所设计的控制系统,可使激光输出功率稳定性在130 min内优于1.3%.     

脉冲LD泵浦电光调Q深紫外激光器

研制了千赫兹213 nm深紫外全固态激光器。激光器采用脉冲LD侧面泵浦方式和电光调Q技术,实现了10瓦级基频光的稳定输出。利用多次倍频技术,实现了稳定的213 nm深紫外激光输出。当LD泵浦电流为80 A时,213 nm激光输出的最大平均功率达到了151 m W,激光器重复频率为1 k Hz,激光脉冲宽度为10ns,功率不稳定度为3%。同时,对激光在非线性晶体中的偏振匹配和不同重复频率条件下的激光器运转特性进行了分析。     

模牵引效应对双频He-Ne激光器拍频稳定性的影响

为了提高利用压电元件稳频的双频激光器的拍频稳定度,分析了各种误差因素尤其是模牵引效应的影响。考虑模牵引效应后,拍频稳定度的理论值主要由程长、增益和温度的稳定度决定。在恒温室内,同一激光器使用普通电源时拍频稳定度为4.5×10-8,使用高稳定度电源时为1.2×10-9。测量了拍频与电流和温度的关系,证明增益和温度对拍频稳定度有较大影响。因此对采用压电元件稳频的双频激光器,除了稳频精度要高,还必须采用高稳定度电源并消除温度的影响,才能达到较高的拍频稳定度。     

分布反馈量子级联激光器脉冲驱动电源的研制

为了满足中红外一氧化碳检测中分布反馈量子级联激光器的驱动要求,设计并实现了一种专用型脉冲驱动电源.首先,研制了高稳定的供电系统和完善的保护系统,显著提高了驱动脉冲的质量并保证了电源工作的可靠性;其次,依据"多级隔离"的思想设计了电源各功能电路,很大程度上提高了驱动电源的抗干扰能力;同时,将深度电压负反馈与比例-积分-微分控制算法相结合,有效提高了输出电流的稳定度.利用该驱动电源对中科院半导体所研制的波长为4.76μm的分布反馈量子级联激光器做了驱动测试.实验结果表明,在长时间(200h)运行中,系统驱动电流的稳定度为2.5×10-5,线性度为0.004%,满足分布反馈量子级联激光器的驱动要求,为中红外一氧化碳的可靠检测提供了保障.     

全砖激光驱动电源模块的研制

随着半导体制造工艺的进步以及半导体激光器应用领域的拓展,目前半导体激光器对大功率,小型化驱动电源的需求越来越迫切,推动着驱动电源朝着更高功率密度、模块化的方向发展。基于BUCK电路设计了一款全砖激光驱动电源模块,电源模块整机尺寸为116.8 mm×61 mm×12.7 mm,最大输出电流12 A,最大自适应输出电压为50 V,电流纹波峰峰值小于35 mA,电流稳定度达到了0.067%。同时驱动电源模块设计有过流保护电路,保证了激光器负载可靠安全工作,目前也已在某项目中成功应用。     

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%。     

实验用小型直流稳压电源

一种自制的直流稳压电源，具有成本低、体积小、电路简易。使用方便的特点，在物理电学实验中非常适用。本文主要介绍这种直流稳压电源的过流保护电路的特点及其工作原理。     

强流激光离子源中的等离子体参数诊断

强流激光离子源是最有希望为重离子聚变直线感应加速器提供离子的离子源之一。离子源内等离子体决定了离子源性能和引出品质,为了了解强流激光离子源内等离子体参数,采用发射光谱和ICCD成像的方法对该离子源中的等离子体进行了诊断。该离子源由一台四倍频的266 nm Nd:YAG激光器和Cu靶组成,激光束经过透镜聚焦后照射在Cu靶上产生等离子体,激光打靶能量密度约为108 W/cm2,持续时间15 ns。ICCD相机拍摄了激光照射后等离子体的膨胀过程,初始时刻等离子体垂直表面喷射,膨胀速度约为1 cm/s。光谱仪测量了离子发射光谱,谱线主要由Cu原子的Cu Ⅰ谱线和Cu+离子的Cu Ⅱ谱线组成。采用Boltzmann图法得到膨胀等离子体电子激发温度约为1 eV,采用Stark展宽法得到电子密度约为1016 cm-3。     

Power efficiency of a semiconductor laser with an external cavity

Optical feedback modifies the power vs. current diagram of a laser diode as well as its spectrum. Though optimization of the spectral characteristics is usually the main goal in the design of an external cavity source, power efficiency is also important, especially with relatively high power devices, where temperature variations due to dissipation can have an impact on the wavelength stability and on the laser lifetime. A useful parameter to describe the total power efficiency of the stabilized laser, relative to that of the solitary laser, is proposed in this paper. The dependence of this parameter on the characteristics of the active device, and of the external cavity, is investigated.     

自制恒压恒流电源在物理实验中的应用

研制了一种物理实验专用的励磁电流恒流电源,对恒流电源的电流输出稳定性进行了测试,并以恒流电源在霍尔元件测磁场实验中的应用为例,进行了普通稳压电源和恒流电源两种电源的实验数据对比测试.测试结果表明,电流输出稳定度可达到0.1%,恒流电源所测数据的线性化程度高于普通稳压电源所测数据.     

自制恒流电源及在物理实验中的应用

研制了一种物理实验专用的励磁电流恒流电源,对恒流电源的电流输出稳定性进行了测试,并以恒流电源在霍尔元件测磁场实验中的应用为例,进行了普通稳压电源和但流电源两种电源的实验数据对比测试。测试结果表明,电流输出稳定度可达到0.1%,恒流电源所测数据的线性化程度高于普通稳压电源所测数据。     

Low-threshold performance of fiber Bragg grating external-cavity semiconductor lasers using genetic algorithms

The lowest threshold current of the external-cavity semiconductor laser with fiber Bragg grating using genetic algorithms is investigated. Effects of the external cavity length, coupling efficiency and anti-reflection coating reflectivity on static characteristics, such as L-I curves and side mode suppression ratios (SMSR) are investigated by using multi-mode rate equation. It is found that the reflectivity of the anti-reflection coating for low-threshold performance needs to be increased at the cost of the stability of the fiber grating external-cavity semiconductor laser. The optimal external cavity length obtained by genetic algorithms can be used to obtain the lowest threshold current for sacrificing a little SMSR. However, with the decrease of AR-coating reflectivity, output powers and SMSRs are slightly dependent on the external cavity length.     

单腔双光梳激光器及其光谱学应用研究进展

光频梳因频率等间隔、波长稳定、谱线线宽窄以及谱宽大等特性,在高精度测量和计量中具有广泛的应用。其中,双光梳快速测量包括光谱测量、绝对测距、三维成像和超快异步光学采样等已成为研究热点之一。近年来,基于自由运行的单腔双光梳激光器的双梳光谱学系统由于具有结构简单、测量范围大和精度高等优点而备受关注。首先从时域和频域介绍了光频梳的特性和应用,尤其介绍了双光梳测量的优势,相较目前主流的稳频稳相锁模激光器、电光调制等双光梳光源实现方案,单腔双光梳激光器方案有望避免采用复杂的电子控制系统,简化双光梳光源的结构、体积和成本。因此,重点介绍了波长复用、偏振复用、空间复用和脉冲波形复用的单腔双光梳光纤激光器实现技术,并对其基本原理、性能参数和当前研究的进展以及目前发展中仍然存在的问题进行了分析;同时对保偏光纤双光梳激光器的研究现状及其性能进行了总结。接着,重点介绍了双梳光谱学的测量原理,回顾了现有光谱扩展技术,并详细介绍了基于自由运行的单腔双光梳激光器的双梳光谱学应用案例,包括掺铒光纤激光器所在的近红外波段以及其扩展到中红外和太赫兹波段的光谱探测。最后,总结了目前的单腔双光梳激光器的主要发展趋势,包括进一...