具有防止过流误判断功能的LD驱动电源的研制

摘要

随着光电子技术的迅速发展，半导体激光器(LD)已经越来越广泛地应用于通信、军事、国防、科研、医疗等领域。在LD的应用中，保证其工作的安全性、连续性是非常重要的。传统半导体激光器驱动电源的过流保护功能比较单一，由于过流保护设计的不完善，导致激光器在使用过程中出现过流误判断或被损坏的情况时有发生，甚至造成工作延误和不必要的经济损失。
　　 本文介绍一种具有防止过流误判断功能的LD驱动电源，该电源通过采用越限计数的方法实现过流保护，有效地消除了宽幅大脉冲电流干扰，具有防止过流误判断和失效保护的功能，从而保证LD工作的连续性、可靠性。该驱动电源可由两种电路形式实现：一种是通过单片机和现场可编程逻辑器件(FPGA)来完成，它主要包括模拟部分和数字部分，模拟部分主要包括对LD的恒流驱动、工作参数的采集、键盘输入和过流报警部分，数字部分主要包括单片机对FPGA的程序配置、单片机接收FPGA的数据并进行相应的运算处理、单片机对外围设备的驱动、单片机对外围A/D和D/A转换器的控制四个模块。该电路由软件替代部分硬件执行功能，不仅节省了硬件费用，而且保障了电路的稳定性，避免硬件电路因环境影响而产生的参数变化，同时，利用软件的灵活性和可修改性，提高了系统的智能化。另一种是由纯硬件电路实现，LD工作参数的采集、数据的运算与比较、对LD的控制，全部由硬件电路来完成，既保证了LD的恒功率驱动，又实现了对LD的过流保护功能，基本符合设计的要求。
　　 研究内容主要有以下几点：
　　 1.介绍了半导体激光器的工作原理、结构和输出特性，分析了半导体激光器对驱动电源的基本要求，简要说明了半导体激光器常用的驱动技术与保护措施。
　　 2.根据半导体激光器在连续工作方式下对驱动电源的要求，结合本设计的设计思想，确定了系统的整体电路结构，并阐述了总体设计的工作原理。
　　 3.对本设计中所用到的智能微处理器(单片机、FPGA器件)进行了介绍，分析了它们的工作原理，并对它们在电路中的功能进行深入的分析和探讨，并介绍了它们与外电路的连接关系。
　　 4.对各个功能模块的硬件电路原理进行了介绍、分析，并给出相应的理论推导。着重分析了半导体激光器的电流驱动电路、工作参数采集电路，还介绍了半导体激光器的工作温度控制装置。
　　 5.对测试得到的实验数据进行分析，并得出结论。
　　 6.提出本设计纯硬件电路的实现方法，并根据电路原理图进行详细的分析、说明。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1半导体激光器简介

1.1.1半导体激光器的优点

1.1.2半导体激光器的发展历史

1.1.3半导体激光器的主要应用

1.1.4国内外对半导体激光器驱动电源的研究现状

1.2论文的研究内容

1.3研究意义

参考文献

第二章半导体激光器工作原理和特性

2.1半导体激光器的工作原理

2.2半导体激光器的结构

2.3半导体激光器的输出特性

2.4半导体激光器的常见失效机理分析

2.4.1暗线缺陷

2.4.2腔面损坏退化

2.4.3电极退化

2.4.4浪涌电流对半导体激光器的影响

2.4.5静电对半导体激光器的影响

2.5半导体激光器的使用要求

2.6半导体激光器对驱动电源的要求

2.7半导体激光器的驱动

2.8本章小结

参考文献

第三章防止过流误判断原理及总体设计方案

3.1防止过流误判断的理论依据和基本原理

3.2系统结构原理

3.3光功率控制

3.4温度控制

3.5本章小结

参考文献

第四章硬件电路的设计与实现

4.1单片机及其外围电路

4.1.1单片机器件

4.1.2键盘部分

4.1.3显示部分

4.1.4过流报警电路

4.2恒流驱动及保护电路

4.2.1恒流驱动电路

4.2.2保护电路

4.3信号采样电路

4.3.1信号放大电路

4.3.2后端A/D转换设计

4.4 FPGA器件及其外围电路

4.4.1 FPGA器件

4.4.2 FPGA的配置

4.4.3 FPGA与外围电路的连接

4.4.4 FPGA与D/A转化器的接口电路

4.5温控单元的分析和设计

4.5.1温度对半导体激光器的影响

4.5.2温度控制

4.6抗干扰措施

4.7本章小结

参考文献

第五章性能测试和结果分析

5.1 V/I转换性能测试

5.2参数设定测试

5.3温控性能测试

5.4本章小结

参考文献

第六章纯硬件电路的功能实现

6.1系统总体设计

6.2恒功率驱动电路

6.2.1慢肩动电路

6.2.2恒功率控制电路

6.3过流保护电路

6.4本章小结

参考文献

结束语

攻读硕士期间主要科研成果

致谢