可调谐半导体激光器的精密控制系统设计.pdf

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1、第39卷第3期激光技术Vo1．39．No．32015年5月LASERTECHNOLOGYMay，2015文章编号：1001—3806(2015)03—0316．04可调谐半导体激光器的精密控制系统设计曹延昌，熊继军，侯庆志(中北大学电子测试技术国家重点实验室，太原030051)摘要：为了满足高精密测量领域对半导体激光器高稳定度的要求，设计了一种高稳定度、低噪声的半导体激光器控制系统。该控制系统由电流驱动和温度控制两部分组成，电流控制部分采用负反馈控制保持电流稳定，温度控制部分采用高度集成的MAX1978作为主控芯片，驱动半导体制冷器进行温度补偿。经过实验验证，电流在200mA范围内

2、连续可调，电流控制精度高达1A，在3kHz～100kHz带宽内交流噪声有效值小于300nA，长期温度漂移小于2m℃。结果表明，该系统可用于驱动分布式反馈外腔半导体激光器和分布式布喇格反射半导体激光器。关键词：光电子学；控制系统；高稳定度；低噪声中图分类号：TN248．4；TP273文献标志码：Adoi：10．7510／jgjs．issn．1001—3806．2015．03．007DesignofprecisioncontrolsystemsfortunablesemiconductorlasersCAOYanchang，XIONGJ@n，HOUQingzhi(NationalKey

3、LaboratoryforElectronicMeasurementTechnology，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China)Abstract：inordertomeettherequirementsofhighstabilityofsemiconductorlaserinhighprecisionmeasurementfield，asemiconductorlasercontrolsystemwithhighstabilityandlownoisewasproposed．Thecontrolsystemconsistsofacur

4、rentdriverandtemperaturecontroller．Anegativefeedbackwasusedtomaintainthecurrentstability．AhighlyintegratedMAX1978，asmaincontrolchip，wasusedtodrivethethermoelectriccoolerfortemperaturecompensation．Aftertheexperimentverification，currentwasadjustableintherangeof200mA，currentcontrolaccuracywasless

5、than1txA．Theeffectivevalueofalternatingcurentnoisevoltagewithin3kHz——100kHzbandwidthwaslessthan300hAandlong—termtemperaturedriftwaslessthan2m℃．TheresultsshowthatthesystemcanbeusedtodrivedistribibutedfeedbackexternalcavityLDlasersanddistributedBraggreflectorLDlasers．Keywords：optoelectronics；con

6、trolsystem；highstability；lownoise声低漂移的电流驱动和稳定的温度控制系统。对于典引言型的砷化镓铝(GaA1As)半导体激光器，注入电流对激半导体激光器作为一种可调谐单色光源，具有体光频率的影响约为3MHz／IxA，经过外部光栅反馈选模积小、效率高、成本低、易调谐等优点，已经成为很多科后电流对频率的影响可以降到0．3MHz／I~A左右。因研领域中不可缺少的部分⋯。包括原子陀螺仪、原子此，对于具有外部光栅的外腔激光器，要得到100kHz磁强计。等在内的高精密测量领域，需要利用激光对的激光线宽，交流噪声有效值应该小于300nA¨。温原子进行冷却、俘获和操控

7、，对激光器的功率稳定性、度对半导体激光器的频率影响系数约为30GHz／~C，为线宽、频率稳定性都要求很高，在不加反馈控制的情况了达到兆赫兹量级的线宽和频率稳定度，温度长期稳下，要求其频率抖动和漂移应在兆赫兹以内u4引。半导定度应优于2m℃。体激光器的输出波长和功率主要由激光二极管的PN1系统设计结注入电流和结温度决定，注入电流的变化会影响增益介质中载流子浓度、禁带宽度，而温度变化对谐振腔1．1电流控制系统设计的腔长、介质折射率有直接影响，从而导致激光输出功整个电流控制