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高精度半导体激光器驱动电源实验结果和分析

激光器驱动电流实验结果及分析
电流值由上位机软件直接设定,电流值转换为数模控制器的输出电压,由(2)式可知,电流驱动电压和设定电流之间具有良好的线性关系。试验中,用RX70系列的2Ω精密电阻来代替激光器作为取样电阻测量电流,该电 阻 精 度 为0. 01%,功 率 为0. 125W,温 漂 为5 ×10-6/°C。根据激光器的伏安特性,要求电流在0mA ~100mA,根据(2)式 可 知,设 定 电 压 在0mV ~ 2000mV。测试中,电流驱动电压的步进为100mV,电压表选用普
源公司生产的六位半数字电压表DM3068,通过测量取样电阻两端电压确定电流值。实验数据如表1所示。
 实验数据如表1所示
对设定的电流驱动电压与测量实际电流数据进行最小二乘曲线拟合,拟合曲线如图5所示。根据线性度公式γl=(ΔImax/IFS)× 100%(其中ΔImax为设 定电流值与实际值的最大差值,IFS为最大电流设定值),计算出线性度为0. 3%。从线性度 可 知,设 定 电 压 与实际电流之间的曲线线性度好。
 设 定 电 压 与实际电流之间的曲线线性度好
为了验证恒流电路对电流的控制精度,在PC端,设定电流以5mA步进增加,用电压表测量采样电阻两端电压,记录数据。有关实验数据如表2所示。
 有关实验数据如表2所示
从表2中可以看出,设定电流和实际电流最大差值为0. 056mA,最大相对误差为0. 06%,电流能够实现较好的恒流输出。
设定电流为40mA,每3min测量一次采样电阻两端的电压值,连续测量2h。电流数据如 表3所 示,由于数据量太多,表中只选取每6min间隔的采样数据。
 稳定性数据曲线如图6所示
由表3可知,在2h内最大电流值为40. 03180mA,最小为40. 02710mA,由稳定度公式γ=[(Imax-Imin)/I0]×100%(其中Imax为实际电流的最大值,Imin为实际电流的最小值,I0为设定值),稳定度为0. 02%。激光器工作电流能长时间保持稳定,增强了输出光稳定性。
 
激光器温度控制性能分析
为了验证温度控制电路的控温效果。在环境温度为20. 5°C、设定 电 流 值 为80mA情 况 下,温 度 设 定 以1°C步进增加,测量范围为20°C ~ 30°C。相关数据 如表4所示。
 
温度控制对光波长稳定性分析
为了验证激光器输出光波长的稳定性,温度设定在25°C时,每3min读取光谱仪数据,所用的光谱仪为横河公司生产的AQ6370,波长分辨率为0. 02nm,功率测量范围为+20dBm ~ -90dBm,连续测量光波长1h。稳定性数据曲线如图6所示。
 
从图6中 看 出,1h内 光 波 长 的 最 大 漂 移 量 为0. 012nm,光波长能长时间的稳定,这也从侧面反映了该温度控制电路的有效性。
 光功率据稳定性曲线如图7所示
激光器输出光功率稳定性能分析
为了验证温控、恒流驱动电路对激光器输出光功率的效果,温度设定在25°C时,每3min记录一次光功率,连 续 记 录1h,所使用的光功率计为安捷伦HP81536A,测量范围为+3dBm ~ -70dBm。测量过程中,增加了增益可调的衰减器,以免光功率太大导致损坏光功率计,利用普通的光功率计,测得光功率大概为12dBm。光功率据稳定性曲线如图7所示。
实验结果表明,光功率的最大漂移量为0. 05dBm(0. 0014mW),稳定 度 达 到0. 5%。前15min,温 控 还没有达到稳 定,光功率呈现下降的趋势,之 后 达 到 稳定,这也充分说明了温度对光功率的影响。开机0. 5h后,测量光功率,稳定性能达到0. 2%以上。
 
结论
利用负反馈积分电路和MAX1978实现了对激光器的恒流驱动和温度控制,相比于其它电路,该电路整体结构简单、易于实现且精度较高。经测试,本方案实现了对电流和温度的精度控制,电 流 相 对 误 差 为0. 06%,温度控制最 大 误 差 为0. 03°C,光 功 率 的 稳 定度达到0. 2%以上,而国内半导体激光器的稳定性普遍在1% ~0. 1%,同时也优于其它方法的温控效果,如参考文献[13],可用于需稳定性较高的测量系统,此DFB激光器光功率、光波长能长期保持稳定,完全满足布里渊分布式光纤传感应用的需求。目前,该激光源已在布里渊分布式光纤传感上得到应用。
 
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