量子级联激光器驱动电源的设计和实验研究

发布时间：2017-11-13 07:02

  本文关键词：量子级联激光器驱动电源的设计和实验研究

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【摘要】：量子级联激光器以单模输出、功率较高等优点,成为中红外痕量气体检测系统的理想光源。本文设计的驱动电源系统,性能良好,有利于改善量子级联激光器的发光特性,提高气体检测系统的性能指标。本工作受到国家科技支撑计划:煤矿用红外CO检测仪(传感器)研发项目的资助。首先,介绍了量子级联激光器的原理、优点、发展和应用,接着说明了量子级联激光器驱动电源的国内外研究现状,并根据激光器的具体驱动要求,提出了驱动电源的总体设计方案。其次,描述了驱动电源系统的硬件设计方案,主要包括微处理器模块、稳压慢启动模块、电流调控模块、过流保护模块、电流检测控制模块、温度控制模块、液晶显示模块和串行通信模块。电流调控模块产生直流信号、幅值和频率可调的锯齿波和正弦波信号,三者叠加生成的驱动电流信号用以调制激光器的输出波长。电流调控模块采用电压深度负反馈原理,改善了驱动电流的稳定度。过流保护模块限制了激光器的最大工作电流,保证了激光器工作的稳定性。温度控制模块有效地稳定了激光器的工作温度,显著地降低了输出波长的漂移和发光功率的波动。再次,阐述了驱动电源系统的软件设计方案,主要包括主程序设计和中断程序设计。主程序具体包括六个子功能模块,分别为正弦波信号程序、锯齿波信号程序、直流信号程序、液晶显示程序、A/D采集程序和串行通信程序。最后,对量子级联激光器(中心波长为4.76μm)进行了驱动测试,驱动参数如下:驱动电流范围为0-400m A,锯齿波扫描信号频率为10Hz,高频正弦波信号频率为5KHz。结果表明,激光器电流调节的线性度为0.0068%,驱动电流长期(240h)的稳定度为4.99×10-5,光强稳定度为5.07×10-4,激光器的温度稳定时间为17s,温度的稳定性为0.01℃。实验中,当量子级联激光器的驱动电流为330m A,工作温度为21.166℃时,激光器的输出波长与一氧化碳气体的吸收峰匹配。当工作温度为21℃时,激光器峰值输出波长的漂移为±0.02nm(240h)。实验结果完全满足量子级联激光器的驱动要求。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248

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本文编号：1179580