孟悦-光学激光制导毕业论文初稿

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1、激光技术及其应用发展华中科技大学孟悦一题目来源自从1960年发现激光以来，激光器件、激光技术及其应用均以极快的速度发展，目前几乎已渗透到所有的学科和应用领域。激光器作为一种优越的辐射源，更是被广泛地使用。目前已研制成功的激光器达数百种，输出波长范围从近紫外一直到远红外，辐射功率从几毫瓦乃至上万瓦。激光器按工作物质可以分为：气体激光器、固体激光器、染料激光器和半导体激光器等。随着半导体技术的日趋成熟，半导体激光器以其转换效率高、体积小、重量轻、可靠性高、能直接调制等特点，在科研、工业、军事、医疗等领域得到了日益广泛的应用。目前半导体激光器在光电子领域中

2、的位置和发展趋势，正像电子技术领域中，当年由电子管向晶体管和集成电路发展、转化那样，已经起着其它激光器不可取代的地位。但在实际使用中存在的主要问题之一是激光器的输出功率不稳定，而且瞬态电流或电压尖峰等许多因素都很容易损坏激光器，近些年来，有不少科研单位从事这一方面的研究。随着计算机技术的发展，基于微型计算机的数字化控制能够有效地解决半导体激光器的准确、稳定和可靠性问题。二研究目的和意义本课题是为了通过光电探测器采样激光光功率，再通过反馈控制算法实现驱动电流的控制，使得激光器输出稳定的光功率。半导体激光器是一种高功率密度并具有极高量子效率的器件,对于电

3、冲击和工作温度变化的承受能力很差,静电、高压、涌浪电流以及电网冲击等都会对半导体激光器造成永久性损坏,直接危及激光器的安全使用及整个通信系统的稳定工作。同时半导体激光器对温度很敏感,环境温度的波动不仅能引起供给电流的波动,还会使激光器的阈值电流、量子效率、输出波长和输出功率发生很大的变化,影响输出激光性能,甚至缩短半导体激光器的使用寿命。因此,半导体激光器电源及可控技术的研究对获得高可靠性激光器来说尤为重要。三国内外研究现状和发展趋势自1947年晶体管发明之后，半导体成为蓬勃发展的领域。1961年，美国的RCA,MIT的林肯实验室，IBM,GE等实验

4、室都开展了半导体激光器研究。1962年秋天，GE、IBM和林肯实验室相继在一个月内成功地制造了砷化镓半导体激光器。1967年，贝尔实验室的潘希年和海亚西提出了在砷化镓中掺铝的方案，他们在1970年成功地研制出第一个在室温下连续运行的AlGaAs半导体激光器。伺候，经历了30多年的发展，半导体激光器结构由早期的同质结，经历了单异质结，双异质结，量子阱，应变量子阱，直到今天正在发展的自组装量子点和量子级联的单极性结构。目前半导体激光器的可靠性寿命已达数百万小时，波长覆盖从红外到近紫外波段，连续输出功率从若干毫瓦达到百瓦水平。半导体激光器发展到今天在诸多领

5、域中，如光纤通信，光盘存储，全色显示，激光医疗，以及军事领域中的激光武器，测距，制导等方面得到广泛的应用。可以说，半导体激光器发展速度之快，应用范围之广，发展潜力之大事目前任何其他激光器所无法比拟的。激光技术发展到今天，已经形成了一个产业。美国，日本，德国三个国家激光产业的发展代表了当今世界激光产业的发展趋势。美国在500瓦以下的中、小功率激光器方面占优势，德国在500瓦以上用于材料加工的高功率激光器方面占优势，而小功率半导体激光器则是日本占优势，占世界市场的70%以上。这表明各个国家的发展都与他们自己的工业基础有关。美国由于在基础理论研究和工业发展

6、的支持体系方面的强势，使它在世界激光产业的产品研发方面走在世界的前列。而日本在以制造技术为基础的半导体产业方面的优势，使它在半导体激光器世界市场上占有较大的份额。四主要研究内容与方法1.半导体激光器的功率特性半导体激光器的一个重要特性是功率-电流特性，也称作P-I特性，如上图所示。P表示激光器输出的光功率，I表示激光器的注入电流。P-I特性既是激光器的输出光功率随注入电流的变化情况。由图可见，当激光器的注入电流逐渐增加时，输出光功率也逐渐增加。当注入电流增大到某一值时，输出光功率急剧增加，并且发光特性也会发生很大变化，产生极光震荡。称这个电流为阈值电

7、流，用Ith表示，它是P-I曲线拐点所对应的电流。2.半导体激光器光功率控制原理激光器的驱动电源要提供足够的电流以驱动激光器发光，同时还可以调整和控制激光器的输出光功率。在功率控制部分，采用光电二极管对激光器的输出功率进行检测，即由激光器给外部控制电路提供一个激光检测电流信号，经外部电路处理后，通过电压器控制，调节送给驱动电源，自动调节激光器偏置电流，从而达到调整输出光功率，使输出光功率达到稳定的目的，使激光器稳定工作。激光器的功率控制电路包括光电检测电流，检测信号外部电路和控制电路。光电检测电路完成由光信号到电信号的转换：检测信号外部转换电路主要完

8、成由电流信号到电压信号的转换，控制电路是数字信号控制激光器的偏置电流的大小。3.功率控制电路的设计光电检测电