本文關鍵詞： FPGA DFB激光器 激光器驅動 DDS ATmega16 波長調制　出處：《吉林大學》2013年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：分布反饋式（DFB）激光器是一種典型的波長可調諧的激光器，是氣體濃度檢測中的常用光源。其最大特點是具有非常好的單色性以及非常高的邊摸抑制比（SMSR，40-50dB）。在氣體濃度的檢測中，與一般的檢測方法相比，波長調制方法是將正弦波信號疊加三角波信號驅動激光器，利用二次諧波幅度表征氣體濃度，輸出端檢測正弦信號的二次諧波，可使檢測靈敏度比直接吸收方法高2-3個量級。而在該技術中，為了使DFB激光器的波長與氣體的吸收峰值相互匹配，必須對其波長進行精確調諧。因此，，研究DFB激光器驅動電路具有實用價值。 首先，本論文介紹了DFB激光器的工作原理，研究了激光器驅動電路的基本設計思想。重點介紹了可調諧半導體激光吸收譜技術(TDLAS)和波長調制法，提出了依據(jù)波長調制法設計激光器驅動電路的總體方案。 其次，本論文以ATmega16單片機為核心，設計了驅動電路硬件原理圖。DDS系統(tǒng)產生的三角波與正弦波將完成波長掃描和波長調制，由于正弦波和三角波需要疊加，因此，設計了一種同向加法電路。同時，設計了一款基于OP37的壓控恒流源電路，完成對激光器的恒流驅動。此外，還設計了按鍵電路、顯示電路和通信電路等。 接著，設計了系統(tǒng)軟件。首先利用現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）設計直接頻率合成器（DDS），結合Quartus II軟件對DDS做了仿真。通過頻率控制字來調節(jié)DDS的輸出頻率，同時改變ROM中的存儲數(shù)據(jù)可獲得所需的任意波形。 最后，作為論文的實驗環(huán)節(jié)，采用VHDL語言編寫了系統(tǒng)程序，結合Quartus II軟件下載至ALTERA公司的FPGA芯片EP2C8Q208C8中，產生了頻率為20kHz的正弦波信號以及頻率為20Hz的三角波信號。利用模擬負載開展了實驗，結果顯示，驅動電路產生的恒定電流范圍在20mA-100mA。
[Abstract]:Distributed feedback (DFB) laser is a typical laser wavelength tunable light source, is commonly used in gas concentration detection. Its most prominent feature is a very good monochromaticity and very high side mode suppression ratio (SMSR, 40-50dB). In the detection of gas concentration, compared with normal testing methods and the wavelength modulation method is the sine wave superposition triangle wave signal driving laser, using the two harmonic amplitude characterization of gas concentration, the two harmonic output sinusoidal signal detection, the detection sensitivity is 2-3 orders of magnitude higher than direct absorption method. In this technique, in order to make the matching between the absorption peak wavelength and DFB gas laser the tuning of the wavelength must be precisely. Therefore, the research of DFB laser driving circuit has practical value.
Firstly, this paper introduces the working principle of DFB laser, the basic design idea of the laser drive circuit. Mainly introduced tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) and wavelength modulation method is proposed according to the design scheme of laser wavelength modulation driving circuit.
Secondly, this paper takes ATmega16 microcontroller as the core design of triangular wave and sine wave driving circuit hardware principle diagram of the.DDS system will complete the scanning wavelength and wavelength modulation, sine wave and triangular wave due to be added, therefore, to design a summing circuit. At the same time, the design of a voltage controlled based on OP37 the constant current source circuit, complete constant current driving of laser. In addition, also designed the key circuit, display circuit and communication circuit.
Then, the system software is designed. Firstly, using field programmable gate array (FPGA) design of direct frequency synthesizer (DDS), combined with Quartus II software DDS to do the simulation. The output frequency of the frequency control word to regulate DDS, and change the stored data in the ROM can obtain the required arbitrarywaveforms.
Finally, as the experimental procedures, using VHDL language program, combined with Quartus II software to download ALTERA's FPGA chip EP2C8Q208C8, the frequency of sine wave signal 20kHz and the frequency of the triangular wave signal of 20Hz. Using the load simulation experiment was carried out, results show that the driving circuit generates a constant current range in 20mA-100mA.

【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TN248;TP368.1

【參考文獻】

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本文編號：1503150