| 珠兒 |
2008-04-24 12:40 |
一種光纖傳感器光源驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)
引 言 ]^E?;1$f?
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光纖傳感器自20世紀(jì)70年代以來(lái)，以其具有的靈敏度高、耐腐蝕、抗電磁干擾能力強(qiáng)、安全可靠等特點(diǎn)取得了飛速的發(fā)展。同時(shí)，這些特性也使它可以實(shí)現(xiàn)某些特殊條件下的測(cè)量工作，比起常規(guī)檢測(cè)技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)，是傳感技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主導(dǎo)方向。 RZLq]8 pM
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作為光纖傳感器中關(guān)鍵的光學(xué)元件之一的光源，其穩(wěn)定度直接影響著光纖傳感器的準(zhǔn)確度。本文所涉及的光纖傳感器采用的是半導(dǎo)體激光器光源，半導(dǎo)體激光器具有單色性好、方向性好、體積小、光功率利用率高等優(yōu)點(diǎn)，但是，光功率輸出受外界環(huán)境變化的影響較大。因此，本文針對(duì)半導(dǎo)體激光光源的工作原理和特性，設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單可行的自動(dòng)功率控制（APC）驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)背向監(jiān)測(cè)光電流形成反饋，實(shí)現(xiàn)恒功率控制。并且，引入了慢啟動(dòng)電路，防止電源電壓的干擾，使激光器不會(huì)受到每次開(kāi)啟電源時(shí)產(chǎn)生的過(guò)流沖擊，延長(zhǎng)了激光器的使用壽命。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該電路解決了激光器在使用中輸出功率不穩(wěn)定的問(wèn)題，其穩(wěn)定度優(yōu)于0.5％，達(dá)到了較好的穩(wěn)流效果。 ^q5#i hM
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1 光源的工作原理和特性 <~)P7~$d?p
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目前，實(shí)際應(yīng)用的光源有表面光發(fā)射二極管（LED）、激光二極管（LD）、超輻射二極管（SLD）、超熒光光源（SFS）等。隨著光纖傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，體積小、質(zhì)量輕、功耗小、容易與光纖耦合的LD等半導(dǎo)體光源應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文主要研究半導(dǎo)體LD的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。 )nkY_' BV
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1.1 LD發(fā)光機(jī)理分析 K- v#.e4
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LD的基本結(jié)構(gòu)為：垂直于PN結(jié)面的一對(duì)平行平面構(gòu)成法布里-珀羅諧振腔，它們可以是半導(dǎo)體晶體的解理面，也可以是經(jīng)過(guò)拋光的平面。其余兩側(cè)面則相對(duì)粗糙，用以消除主方向外其他方向的激光作用。當(dāng)半導(dǎo)體的PN結(jié)加有正向電壓時(shí)，會(huì)削弱PN結(jié)勢(shì)壘，迫使電子從N區(qū)經(jīng)PN結(jié)注入P區(qū)，空穴從P區(qū)經(jīng)過(guò)PN結(jié)注入N區(qū)，這些注入PN結(jié)附近的非平衡電子和空穴將會(huì)發(fā)生復(fù)合，從而發(fā)射出波長(zhǎng)為λ的光子，其公式 04ui`- c(
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λ=hc/Eg， （1） y[;>#j$
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式中 h為普朗克常數(shù)；c為光速；Eg為半導(dǎo)體的禁帶寬度。 c 9Mz]1@f
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如果注入電流足夠大，則會(huì)形成和熱平衡狀態(tài)相反的載流子分布，即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)有源層內(nèi)的載流子在大量反轉(zhuǎn)情況下，少量自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子由于諧振腔兩端面往復(fù)反射而產(chǎn)生感應(yīng)輻射，造成選頻諧振正反饋，或者說(shuō)對(duì)某一頻率具有增益。當(dāng)增益大于吸收損耗時(shí)，就可從PN結(jié)發(fā)出方向性好、相干性強(qiáng)、亮度高、頻帶窄的激光。LD除了具備一般激光的相干性好、方向性強(qiáng)、發(fā)散角小、能量高度集中外，還具有光電轉(zhuǎn)換效率高、輸出功率大、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗震性強(qiáng)等特點(diǎn)。 ?<!|
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1.2 LD輸出特性 e~OpofJNb
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