垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）因其低功耗、小體積、可調(diào)諧等優(yōu)點,被廣泛用作原子鐘、原子磁強計、原子陀螺儀等精密光學(xué)儀器的光源。隨著VCSEL技術(shù)的發(fā)展,其應(yīng)用領(lǐng)域也發(fā)生了擴展。低功耗VCSEL在5G通信、陀螺儀等精密儀器扮演著重要角色。近幾年,VCSEL在向著大功率、小體積的方向發(fā)展,這種VCSEL將被應(yīng)用在激光雷達(dá)和無人駕駛汽車上。為了驅(qū)動激光器工作,根據(jù)VCSEL工作要求,設(shè)計了一種輸出范圍在0² mA,用于驅(qū)動VCSEL的恒流源電路。電路設(shè)計采用負(fù)反饋原理,可輸出一個穩(wěn)定的電壓,經(jīng)過電壓電流轉(zhuǎn)化為恒定電流輸出。為使輸出電流更加穩(wěn)定,在電路中加入現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）芯片EP4CE10F17C8組成控制電路。最后對電路輸出性能進行測試,測試結(jié)果表明電流的紋波系數(shù)為0.01,電流穩(wěn)定度為±0.02 mA。由于激光器易受環(huán)境影響使其輸出頻率偏移,所以對激光器進行鎖頻研究非常重要。文中以原子的吸收譜線做為參考信號,結(jié)合FPGA芯片和外圍電路組成伺服控制系統(tǒng),實現(xiàn)激光器鎖頻。實驗中,欲將激光器頻率鎖定在吸收譜線最低點,先對激光進行調(diào)制解調(diào)得到誤差信號,FPGA... 

【文章來源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
1 緒論
    1.1 課題背景及意義
    1.2 VCSEL激光器研究概況
    1.3 激光鎖頻技術(shù)研究概況
    1.4 本文研究內(nèi)容及章節(jié)安排
2 VCSEL激光器穩(wěn)定性分析
    2.1 VCSEL激光器工作原理分析
    2.2 VCSEL激光器頻率穩(wěn)定性的影響因素
        2.2.1 驅(qū)動電流
        2.2.2 溫度
        2.2.3 鎖頻精度
    2.3 本章小結(jié)
3 激光器驅(qū)動及光電探測電路設(shè)計
    3.1 設(shè)計思路
    3.2 驅(qū)動電路設(shè)計
        3.2.1 穩(wěn)壓電源模塊
        3.2.2 可調(diào)偏置電路
        3.2.3 控制電路
        3.2.4 延時電路和保護電路
    3.3 光電探測電路設(shè)計
        3.3.1 光電二極管工作方式
        3.3.2 光電探測電路設(shè)計
            3.3.2.1 前置放大電路設(shè)計
            3.3.2.2 帶通濾波電路設(shè)計
    3.4 本章小結(jié)
4 激光器鎖頻電路設(shè)計
    4.1 鎖頻原理
    4.2 信號發(fā)生模塊
        4.2.1 掃描信號
        4.2.2 調(diào)制信號
    4.3 鎖頻模塊關(guān)鍵電路設(shè)計
        4.3.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路
        4.3.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路
        4.3.3 電源模塊
        4.3.4 加法器設(shè)計
        4.3.5 數(shù)碼管模塊
    4.4 鎖頻數(shù)字電路設(shè)計
        4.4.1 數(shù)字PI控制環(huán)節(jié)
        4.4.2 激光器頻率的控制算法及鎖定
    4.5 本章小結(jié)
5 激光器驅(qū)動電路及鎖頻測試
    5.1 驅(qū)動電路輸出測試
        5.1.1 電流穩(wěn)定性
        5.1.2 激光器輸出測試
    5.2 激光頻率鎖定系統(tǒng)測試
    5.3 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 工作總結(jié)
    6.2 工作展望
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及取得的研究成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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[2]封裝對大功率VCSEL窄脈沖發(fā)光特性的影響[J]. 顏穎穎,陳志文,邱劍,劉克富,張建偉.  光學(xué)學(xué)報. 2020(08)
[3]一種高選擇性的可調(diào)0.83～2.15GHz帶通濾波器[J]. 王顯,張德偉,劉慶,呂大龍,張毅,楊松濤.  強激光與粒子束. 2019(11)
[4]創(chuàng)新光電二極管前置放大電路設(shè)計方法[J]. 張銳舟,張丕狀,姚金杰,陳明,劉暢.  國外電子測量技術(shù). 2019(11)
[5]910nm高峰值功率垂直腔面發(fā)射激光光源[J]. 梁雪梅,張星,張建偉,周寅利,黃佑文,寧永強,王立軍.  紅外與毫米波學(xué)報. 2019(05)
[6]基于現(xiàn)場可編程門陣列的差分四相相移鍵控調(diào)制解調(diào)算法設(shè)計[J]. 王晨,潘建國,鄭振東,王芳.  上海師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2019(04)
[7]基于模糊PID控制的外腔半導(dǎo)體激光穩(wěn)頻系統(tǒng)研究[J]. 汪洋,汪宇航,蘇穎,張倩,程育昊.  上海師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2019(04)
[8]半導(dǎo)體激光器穩(wěn)頻綜述[J]. 貢昊,王宇,白金海,胡棟.  計測技術(shù). 2019(03)
[9]基于Allan方差的MEMS陀螺儀隨機誤差辨識與抑制[J]. 馬群,王慶,陽媛,盛浩.  傳感器與微系統(tǒng). 2019(06)
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博士論文
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碩士論文
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[2]偏頻鎖定式熱穩(wěn)頻激光器水冷散熱技術(shù)研究[D]. 馮杰.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[3]基于銣原子譜線的激光器鎖定控制系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D]. 雷鳴.武漢理工大學(xué) 2015
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[5]溫度對POP銣原子鐘性能的影響及其光學(xué)系統(tǒng)小型化[D]. 薛文祥.中國科學(xué)院研究生院(國家授時中心) 2012



本文編號：3628706