用于TDLAS甲烷检测的激光器电流驱动与温控系统

为了满足激光器在甲烷气体检测中对输出波长稳定的需求,自主设计以STM32F103RCT6为微处理器核心的电流驱动系统和温控系统,包括信号发生电路、滤波电路、温度采集与控制电路等,运用信号发生芯片生成锯齿扫频信号、正弦调制信号、直流偏置信号,把他们叠加作为激光器注入电流,同时对激光器整体构建二级制冷系统,通过温度和电流的调谐使激光器发出的波长在甲烷气体吸收峰1 653.72nm附近扫描,以使气体充分吸收。经验证,整个系统工作稳定,可持续工作时间超过36h,温度误差为±0.008℃,电流驱动误差≤0.09mA,波长误差在千分位,满足设计需求。     

光声检测用半导体激光器温度控制电路

介绍了用于光声检测系统的稳定和控制DFB激光器温度的基于MAX1978的温度控制电路,采用10 K负温度系数的电阻做温度传感器,TEC做温度控制器件。测试结果表明,该电路的温度设定响应时间小于10 s,温度稳定的精度优于0.02℃。     

甲烷气体检测中半导体激光器的温度控制

采用可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）的气体浓度检测系统,其半导体激光器（LD）的输出波长在注入电流恒定的情况下受温度影响很大。高精度的LD温度控制能够保证光源输出光谱的中心波长位于待测气体吸收峰。针对LD温度控制技术的特点,采用两级温度控制的思想,一级保证LD外部工作环境温度稳定在一个小的区间内,另一级是以LD组件热电制冷器（TEC）和热敏电阻（RT）结合模拟的比例—积分（PI）环节来实现温度稳定。实验结果表明,设计的温度控制系统具有良好的稳定性,检测精度可达0.01℃,满足实验的要求。     

光声气体检测系统中半导体激光器的波长调制

在光声光谱法气体检测中,因为激光器发光波长需与待测气体吸收峰严格匹配,所以需对激光器波长精确调谐.由于半导体激光器发光的波长与温度、驱动电流间有确定的关系,采用波长调制的方法,在一定精度的温度控制下,对波长进行扫描,可确保激光器驱动信号在一个周期内能够产生稳定的光声信号.实验表明,该方案能满足光声气体检测系统的要求.     

基于单片机的外腔半导体激光器控制系统的设计

设计了一种以单片机为核心,结合PID控制系统等外围电路的半导体激光器的高精度控制器.半导体激光器驱动电流精度达1.5×10-5,长时间工作(12h以上)偏置电流变化小于1μA,温度控制精度达到10-3℃.用该系统来控制光栅外腔半导体激光器,得到了功率稳定、波长单一的激光输出,长时间工作没有出现跳模现象.     

基于TDLAS一次谐波的甲烷浓度检测系统及其温度补偿研究

本文结合甲烷1 653.72 nm波长2v3带R3支气体吸收线,分析温度变化对甲烷吸收线的谱线特性及甲烷气体浓度测量产生的影响。基于可调谐二极管激光吸收光谱与波长调制光谱技术,应用一次谐波信号检测甲烷气体的浓度,通过温度补偿抑制环境温度变化给检测带来的干扰。实验结果表明,研制的甲烷浓度检测系统的性能稳定,利用温度补偿系数校准后系统测量偏差在1%以内,可以有效地提高系统的检测精度。     

基于可调谐激光光谱气体分析仪

提出了一种采用可调谐激光吸收光谱法的气体分析仪。通过改变激光器的电流达到改变输出波长,通过扫描检测气体的特征吸收峰进行检测分析。     

基于TDLAS直接吸收的CO_2浓度监测技术研究

二氧化碳(CO_2)作为最主要的温室气体,能够引发许多气候变化和生态环境问题,因此需要监测大气环境中CO_2的浓度。根据可调谐半导体激光吸收原理,采用直接吸收的方法,在室温下扫描DFB激光器波长,得到CO_2在2 002nm附近的吸收光谱。同时根据Lambert-Beer定律反演出CO_2浓度,为了验证反演精度,选用LGR温室气体分析仪进行对比,两组数据绝对误差在2.5ppm左右,相关系数为0.986 4。长时间对比测量结果的绝对误差在9.8ppm左右,相关系数为0.933。TDLAS测量结果与LGR一致性较好,系统较稳定能够满足实验要求。该研究为仪器的小型化和室内CO_2的长时间测量提供了基础。     

基于激光吸收光谱的水泥工业废气检测方法

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术具有灵敏度高、选择性强、响应快速等特点。利用中心波长为1 579nm的光通信波段光纤耦合近红外分布反馈(DFB)式半导体激光器,结合波长调制技术,建立了基于TDLAS的水泥工业废气实时检测实验装置。通过波长调谐使激光波长同时覆盖CO和CO2的吸收线,实现对这两种成分的同时检测。CO和CO2的最低检测浓度可达4×10-5(体积分数),满足对水泥工业废气的检测要求。     

基于TDLAS的天然气输送管道微量泄漏检测技术综述

可调谐二极管激光吸收光谱检测技术(TDLAS)利用二极管激光器的波长扫描和电流调谐特性来实现气体微量泄露检测的一种新技术。首先从红外吸收光谱的原理出发,对TDLAS技术的检测原理、技术原理、系统结构和测量过程进行阐述分析。通过理论分析和系统试验证明,该系统应用在天然气管道微量泄漏检测中显示出其高选择性、高可靠性和高灵敏度的优势。然后列举了近些年TDLAS技术研究的最新进展。最后指出了现在存在的问题和发展的趋势。     

一种采用带隙结构的高精度电流基准电路设计

介绍了一种标准CMOS工艺下的电流基准电路。电路利用带隙结构实现,使得输出电流具有良好的温度系数及电源抑制能力。在2.5V~5.5V电源电压、-40℃~125℃温度范围内,输出电流精度可达±2.6%。     

空间光通信中激光器的温度控制

讨论了空间光通信系统中半导体激光器温度控制的必要性,介绍了基于ADN8830的自动温度控制电路,给出了实验结果,其温度稳定效果达到±0.025℃。     

高精度和高稳定性半导体激光器恒流驱动电源

基于输入电流的微小变化可以引起半导体激光器输出波长和功率显著改变的特征,研制了一种高精度、高稳定性半导体激光器恒流驱动电源。该电源利用运算放大器和场效应管组成恒流源电路,消除了供电电源对输出电流特性的影响,使输出电流仅受调谐电压的变化而改变,提高了输出电流的稳定度;采用高精度基准电压源使调谐电压具有极高的输出精度和稳定度,增强了输出电流的精度;电源慢启动电路避免了浪涌及高压静电等对激光器的损坏,限流保护电路使流过激光器的正向电流不超过允许最大电流值,启停控制电路可根据实验需求随时关闭激光器而不影响电路的其他功能,实现了对激光器的可靠保护。测试结果表明,该电源在输出电流0～200 mA范围内连续可调,输出电流精度为0.01 mA,长期稳定度约为0.004%,具有恒流特性好、纹波小、保护电路可靠、抗干扰能力强、成本低、易实现等特点。     

基于多波长激光器和MZ干涉仪的可调谐可重构微波光子滤波器

提出了1种基于波长间隔可调谐多波长激光器和MZ干涉仪的微波光子滤波器.光子晶体光纤(PCF)Sagnac环滤波器具有波长选择的功能,使激光器产生多波长.向PCF的一个大空气孔中填充甘油,调节温度,改变PCF的双折射,能够使激光器产生不同波长间隔的激光.该激光器作为微波光子滤波器的光源,通过连续调节输出激光的波长间隔,可使滤波器具有不同的自由频谱范围(FSR),实现了滤波器的连续可调谐.当温度的变化范围为25-120℃时,仿真测得,FSR的变化范围为2.33-10.54 GHz.此外,通过调节MZ干涉仪两臂的臂长差,改变载波系数,使滤波器通带具有不同的主旁瓣抑制比和3 d B带宽,频率响应形状发生明显变化,实现了滤波器的可重构特性.     

基于单管IGBT的挤塑机电磁加热系统设计与实现

针对传统挤塑机电阻式加热存在效率低、加热慢以及温度稳定性差等问题,设计了基于单管IGBT控制的电磁加热系统,给出了系统主要硬件电路和软件流程。在谐振电路参数L=120μH、C=0.8μF的情况下,分别选取160℃和200℃的挤塑机炉膛加热温度对系统进行了测试,发现加热功率管IGBT的栅极驱动脉冲占空比分别为23%和34%,集电极峰值电压分别为566V和672V,炉膛温度控制误差约为±1℃。测试结果表明,系统设计的电磁加热系统可以安全可靠工作,温度控制精度满足挤塑机加热要求。     

一种采用CMOS工艺实现LDD自动温度补偿电路的方法

为了采用CMOS工艺实现单芯片半导体激光驱动器中的自动温度补偿电路,提出了温度与补偿电流之间具有差分放大器增益特性的补偿电路结构.给出了电路的原理图,讨论了补偿特性的理论分析方法.对补偿特性进行了仿真,给出了仿真曲线.整个芯片采用CSMC 0.6 μm混合信号工艺实现,测试表明,在-20℃～+85℃内可以满足常用半导体激光器的温度补偿需要,消光比的波动小于1.2 dB.     

DFB半导体激光器啁啾系数的测量

从激光在色散光纤中的传播特性出发,给出了定量测量DFB(Distributed Feedback)半导体激光器啁啾系数的方法.通过利用矢量网络分析仪和色散光纤搭建的测量系统准确测量了DFB半导体激光器样品的啁啾系数.该测量方案对于长距离光电链路的设计有重要的指导意义.     

基于C8051F410单片机的光纤光栅解调仪

设计了一种基于C8051F410单片机的新型光纤光栅解调仪,利用DFB激光器波长可调的特性实现对一定波长范围光纤光栅传感器的解调,温度精度可以达到0．5℃以内。解决了长期必须采用光谱分析原理等手段才能实现波长检测的问题,同时提供一种简单、实用、低成本的方案,既可以作为试验测试设备,又可以配备到具体的产品中。     

一种基于ZnO随机激光的采集与解调系统

针对目前随机激光的选模研究状况,根据光纤光栅的反射特性,采用光纤光栅阵列结构设计了一种可调谐的紫外激光器的采集与解调系统并进行了相关实验。通过实验结果可以看出该系统可以通过计算机扫描电压调节PZT驱动参考光栅,较理想地实现随机激光器的单模输出,系统的波长解调精度可达5 pm以内。该系统的提出,是随机激光和可调谐紫外激光器研究中的一种很有价值的尝试。     

光纤气体传感器光源温控问题的研究

光谱吸收型光纤气体传感器中,利用气体分子的吸收光谱,采用分布反馈式半导体激光器(DFB LD)作为光源,使光源输出中心波长精确对准气体的吸收峰,从而来检测出气体的浓度.而要使测量准确,光源的温控非常重要.提出了一种光源两级温控的思想:外壳温控和结温控制,并设计了温控电路,温控实验证明了两级温控的有效性.