基于PSpice的半导体激光高频调制系统设计

为了实现高频率的调制激光输出,设计了一种驱动系统由信号放大、电流调制、过流保护和具有慢启动功能的直流偏置电路高度集成的半导体激光高频调制系统。此系统采用了结构简单的直接调制方式,运用线性调频的高频信号去控制半导体激光器发射激光的强度,从而实现高频调制。在运用OrCAD/PSpice对高频调制驱动系统进行模拟仿真的基础上,最终研制出的半导体激光高频调制系统实现了频率为40.02 MHz、直流偏置为493.326 mA、正弦波调制电流峰峰值为850 mA的高频调制输出,调制激光平均功率为300 mW。     

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.     

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。     

直接调制半导体激光器的脉冲驱动电路研究

研制了一种应用于直接调制半导体激光器的脉冲驱动电路.根据直接数字频率合成原理,利用现场可编程逻辑阵列产生频率可调方波去触发雪崩晶体管,以及雪崩晶体管的雪崩效应产生频率可调脉宽固定在3 ns的主体脉冲.该脉冲经过衰减器衰减得到合时的脉冲幅度.输出脉冲最高频率可到100 kHz,其输出电压幅度为9 V.     

脉冲激光引信用PFM和PWM式LD驱动电路的研究

 在激光引信的通讯系统中，针对引信用脉冲式半导体激光器驱动电路的脉冲宽度、频率、功率可调的需要，根据LD驱动电路的工作原理，建立了LD驱动电路的一般模型。然后用电子多频振荡器提供驱动信号，用双MOS驱动器来驱动半导体激光器，通过大量的实验、仿真、分析、比较，设计出了方便可调的大功率LD的驱动电路，该电路的脉冲频率和脉冲宽度可方便调整。并且该驱动电路的频率调节范围大（10Hz~20kHz）；脉冲宽度可以从几ns到几百ns进行调节，大大提高了激光引信通讯系统的性能与可靠性。     

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。     

高重复频率、单模纳秒脉冲全光纤激光器

报道了一种基于主振荡放大技术的全光纤脉冲激光器.种子激光器使用直接调制的单纵模半导体激光器,其输出波长为1 063.8 nm,重复频率100 kHz～10 MHz连续可调谐,光纤放大器采用了多级放大器级联的方法.在重复频率100 kHz、脉冲宽度5 ns时,激光器获得了平均功率为1.2 W,峰值功率为2.4 kW的单横模激光脉冲输出.     

一种实用的实验室电源的设计

介绍了一种实用的物理实验专用线性可调稳压直流电源。该电源由可调三端稳压、可调基准电压、限流电路等构成,可提供0～12 V连续可调电压,输出电流限制在100 mA,适用于大学物理实验中二极管伏安特性测量、三用电表的设计与制作等设计性实验,起到对实验器件和仪表的保护作用。     

双波长外腔半导体激光器的研究

提出了电流调制型的双波长外腔半导体激光器方案。外腔半导体激光器具有窄线宽输出以及独特的阶越型电流调制特性,采用正弦调制的方式,以延时光纤作为辅助结构,得到了具有良好相干特性和稳定波长间隔的双波长激光输出。与多种已有的双波长激光器设计方案相比,这种多波长工作方式结构简单,调谐范围宽,在波分复用光通信系统、高精度光纤传感测量以及外差、双(多)波长合成波长干涉测量等技术中具有很好的应用前景。     

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。     

新型电光陶瓷调Q光纤激光器

报道了基于OptoCeramic(R)电光陶瓷材料的新型调Q光纤激光器.采用976 nm半导体激光器作为抽运源,电光陶瓷调制器作为Q开关,峰值吸收系数1200 Db/m的高掺杂镱纤作为增益介质构成环形腔激光器.增益光纤的高掺杂浓度使得激光器的腔长得到缩短,输出光脉冲的宽度得到压缩.通过调节电光元件的电压,控制材料的折射率,调节谐振腔的损耗,实现Q开关作用.实验中通过改变腔长、抽运功率和重复频率,研究了脉冲的输出特性.获得最窄脉宽104 ns,重复频率3～40 kHz连续可调的调Q脉冲输出.     

宽输出电压的半导体激光器驱动电源研究

介绍了一种大功率、宽输出电压范围的半导体激光器脉冲驱动电源的设计方法。根据半导体激光器脉冲驱动电源高电压、大电流的工作特性需求,脉冲放电环节采用多模块级联与功率开关管线性控制脉冲放电相结合的拓扑结构,这样既实现了脉冲电流平滑稳定,又提高了输出电压等级与功率。充电环节采取LCC谐振变换器结构,其抗负载短路和开路的能力非常适用于脉冲放电场合。该脉冲电源输出参数为：电压0~1000 V,电流1~160 A,脉宽200~250 μs,频率100 Hz内可调,具备较宽泛灵活的输出范围,可适应不同规模的激光二极管阵列。最后,分别通过单模块、两模块与三模块小功率级联型驱动实验验证了采用多模块级联与功率开关管线性控制脉冲放电相结合方法的可行性。     

大功率半导体激光调制系统及内部调制特性

从半导体激光直接调制理论出发,对直接调制过程中影响半导体激光器高频调制性能的因素进行了研究;运用PSpice建立半导体激光器等效电路模型,仿真研究了电学寄生参数对半导体激光器调制特性的影响且提出了相应的提高其调制性能的方法。在研究半导体激光器调制特性的基础上,设计了一种半导体激光直接调制系统。运用OrCAD/PSpice对直接调制驱动系统进行仿真。研制的半导体激光调制系统实现了频率为1 MHz、平均功率为1.1 W的调制激光输出。     

A new design of pulsed laser diode driver system for multistate quantum key distribution

In this paper, we describe a new design of laser diode driver system based on MOSFET current mirror and digital signal controller (DSC). The system is designed to emit stream pairs of photons from three semiconductor laser diodes. The DSC is able to switch between the three laser diodes at constant rate. The duty cycle is maintained at 1% in order to reduce its thermal effect and thus prolong the laser diodes’ life cycles. The MOSFET current mirror circuits are capable of delivering constant modulation current with peak current up to 58 mA to each laser diode. This laser driver system will allow the generating biphotons automatically with qubit rate around 8-13% for μ less than or equal to 1, thus making it practical for six-states quantum key distribution implementation.     

Frequency offsets in frequency-locked semiconductor lasers

A commonly used technique for frequency locking a laser is dithering the laser frequency and monitoring the first derivative of the laser transmission through an absolute reference. In semiconductor lasers, this frequency dithering can be obtained easily by dithering the injection current. However, this dithering also modulates the laser output power. Here we show that this modulation of the laser output power results in an offset of the locked laser frequency from the reference frequency. We derive analytical expressions for these frequency offsets for semiconductor lasers frequency-locked to a Fabry-Perot transmission peak, a Gaussian absorption line, and a Lorentzian absorption line.     

单光子波长调制吸收光谱用于1.5 μm激光器的波长锁定

提出了一种kHz调制频率量级的单光子调制技术,实现对激光器的实时锁定. 通过探测乙炔气体的单光子吸收光谱,对离散的单光子响应脉冲进行锁定放大, 获得激光器频率锁定的鉴频曲线.将1.5 μm分布反馈半导体激光器的输出频率稳定在乙炔气体 ν₁ + ν ₃带P5e支吸收峰上,在175 s内典型激光频率起伏小于25 MHz. 这种基于单光子波长高频调制吸收光谱的稳频技术消除了低频段较高背景的噪声, 可应用于单光子量级的量子保密通讯系统以及光学波分复用系统.     

可调脉冲宽度的调Q掺铥双包层光纤激光器

在激光器输出平均功率一定的情况下,峰值功率主要取决于调制频率和脉冲宽度。这使得脉冲宽度的调节具有一定的实际应用价值。对调Q掺铥双包层光纤激光器进行研究,首先确定了激光器的最佳输出透过率,在65%最佳透过率时,得到2 m激光的输出功率3.9 W,斜率效率为31%。外接一个信号发生器,信号门宽从12 s变化到18 s,并测量了调制频率分别在30 kHz、40 kHz和50 kHz时输出脉冲宽度的变化情况,得到了555.6 W的最高峰值功率,实现了脉冲宽度从163.4 ns到207.9 ns的变化。实验情况证实了用外接信号发生器能有效控制激光器的输出脉冲宽度。     

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M Hz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M Hz量级,然而光栅反馈半导...     

Switching of a Semiconductor Laser with Multi-Detuned Optical Inputs by Controlling Injection Current

The multistability of a Fabry-Perot semiconductor diode laser for an injection current is presented when multi-optical inputs detuned from the cavity-resonant wavelength of a semiconductor laser are injected. m+1 Multi-stable states are shown to be produced in the optical output versus injection current characteristics for m detuned optical inputs. It is shown that optical output can be switched in any one of the optical input wavelengths in a relatively fast response time by applying injection current pulses. Analytical expression based on linear stability analysis is presented to predict the switching time to free oscillating mode, and larger optical input power and detuning are effective to shorten the switching time. The results here are believed to be useful to extend wavelength switching to a scope of electronic manipulation without modulation of optical inputs and can be applicable to actual devices.