【摘要】：近幾年,混沌信號在通信、傳感、信息安全等領(lǐng)域顯現(xiàn)出重要的應(yīng)用價值。目前混沌信號主要有以下兩種產(chǎn)生方式:一、分立器件產(chǎn)生混沌信號;二、集成混沌激光器芯片生成混沌信號。但是,分立器件產(chǎn)生混沌信號,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、且易受環(huán)境影響、輸出不穩(wěn)定、不利于混沌信號的應(yīng)用。作為一種新型的光電子器件,集成混沌激光器具有體積小、易于其他系統(tǒng)集成、可以輸出穩(wěn)定可靠的寬帶混沌信號等優(yōu)點,成為現(xiàn)在的研究熱點�；煦绨雽�(dǎo)體激光器一般采用溫度敏感型材料作為增益介質(zhì),如砷化鎵、磷化銦等,而溫度的改變會影響混沌半導(dǎo)體激光器輸出的波長和閾值電流,最終將導(dǎo)致激光器輸出混沌狀態(tài)不穩(wěn)定。并且偏置電流對激光器進入混沌的路徑以及輸出的混沌信號狀態(tài)都有重要的影響,因此對混沌半導(dǎo)體激光器進行高精度溫度控制和直流驅(qū)動控制十分重要。目前,現(xiàn)有激光器溫控源與驅(qū)動源普遍體積較大而且購買價格相對比較昂貴,因此不利于系統(tǒng)的控制和集成。針對上述問題本文設(shè)計了一套面向混沌激光器的高精度溫控與直流驅(qū)動電路系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括溫度控制模塊,直流驅(qū)動模塊,以及上位機控制模塊三個部分。本文采用Analog Device(ADI)公司的高控溫精度芯片ADN8830作為溫控電路的主控芯片,并設(shè)計惠斯通電橋溫度采集轉(zhuǎn)化電路、基于RC的PID溫度補償網(wǎng)絡(luò)、TEC控制與功率放大電路等模塊構(gòu)成完整的閉環(huán)溫度控制結(jié)構(gòu)。直流驅(qū)動模塊采用ADN2830作為主控芯片,并結(jié)合高精度、雙通道的數(shù)字電位計AD5172實現(xiàn)精確控制激光器注入電流的目的。上位機通過調(diào)用LabVIEW中的VISA節(jié)點函數(shù),構(gòu)建基于串口通信的硬件平臺,實現(xiàn)對電路系統(tǒng)的控制。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)設(shè)計了基于惠斯通電橋法的溫度采集轉(zhuǎn)化電路、基于RC的PID溫度補償網(wǎng)絡(luò)、以及TEC控制與功率放大電路構(gòu)成的完整閉環(huán)溫度控制結(jié)構(gòu)。并對該實驗方案的可行性進行了理論驗證,在此基礎(chǔ)上繪制PCB圖,制作面向混沌半導(dǎo)體激光器的高精度溫控與直流驅(qū)動電路系統(tǒng)的溫度控制模塊電路。實驗證明,該電路系統(tǒng)溫度控制范圍為18.09℃~42.02℃,溫度控制精度可達0.01℃,完全滿足混沌半導(dǎo)體激光器穩(wěn)定運行的要求。(2)設(shè)計了基于ADN2830芯片的驅(qū)動控制模塊,同時利用高精度數(shù)字電位計AD5172設(shè)計串、并電阻電路,構(gòu)成激光器驅(qū)動控制模塊,并在此基礎(chǔ)上繪制PCB圖,制作面向混沌半導(dǎo)體激光器的高精度溫控與直流驅(qū)動電路系統(tǒng)的驅(qū)動控制模塊電路。實驗證明,該電路系統(tǒng)電流輸出范圍約為0mA~115.6mA,電流控制精度最小可達0.01mA,完全滿足混沌激光器穩(wěn)定運行的要求。(3)利用CMOS運算放大器對上述面向混沌半導(dǎo)體激光器高精度溫控與直流驅(qū)動電路系統(tǒng)的驅(qū)動模塊進行優(yōu)化與改進,對驅(qū)動電路的輸出電流進行放大,繪制PCB圖并制作驅(qū)動電路。實驗證明,放大后的驅(qū)動電路系統(tǒng)電流輸出范圍約為0mA~455.6mA,電流控制精度最小可達0.01mA,滿足半導(dǎo)體光放大器正常工作要求。(4)通過調(diào)用LabVIEW中的VISA節(jié)點函數(shù),構(gòu)建基于串口通信的硬件平臺,設(shè)計了一套PC機為上位機,STM32單片機最小系統(tǒng)為下位機的串口通信數(shù)據(jù)系統(tǒng),實現(xiàn)上位機對電路系統(tǒng)的控制以及數(shù)據(jù)的處理功能。通過Lab VIEW軟件完成對上位機控制界面以及相應(yīng)功能的開發(fā)與實現(xiàn)。實驗驗證,該軟件運行穩(wěn)定符合實驗要求。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN248.4

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