可调谐激光 1-1
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现代电子技术Modern Electronics TechniqueJan. 2024Vol. 47 No. 22024年1月15日第47卷第2期0 引 言可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode LaserAbsorption Spectroscopy, TDLAS )技术具有灵敏度高、通用性强、响应时间短等特点,在大气污染物监测、矿井气体浓度检测等方面取得了广泛应用[1‐4]。
TDLAS 气体检测通常利用含有低频锯齿波和高频正弦波的电流信号对激光器调制,以使出射激光扫描待测气体的吸收谱线,激光被待测气体吸收后光强减弱,从而形成气体吸收峰,吸收峰幅值与气体浓度呈正相关,从而可以反演出待测气体浓度[5‐7]。
DOI :10.16652/j.issn.1004‐373x.2024.02.017引用格式:徐鹏飞,李炜楠,陈红岩,等.用于TDLAS 气体检测的DFB 激光器驱动电路设计[J].现代电子技术,2024,47(2):89‐94.用于TDLAS 气体检测的DFB 激光器驱动电路设计徐鹏飞1, 李炜楠1, 陈红岩2, 叶有祥2(1.中国计量大学 机电工程学院, 浙江 杭州 310018; 2.中国计量大学 现代科技学院, 浙江 义乌 322000)摘 要: 分布反馈(DFB )激光器作为可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS )技术的常用光源之一,在实际应用中应当同时对驱动电流和温度进行控制,以减小出光质量对气体浓度检测结果的影响。
为了解决上述问题,文中设计一种高精度激光器驱动电路。
由STM32F103RCT6控制AD9834和DAC8560分别产生正弦波和锯齿波信号,对两个信号输入至OP27GS 构成的信号叠加电路进行叠加后,输出至由OP27GS 、AD8065和IRF520场效应管组成的具有限流功能的压控恒流源电路,将电压信号转变为激光器的驱动电流;同时采用MAX1978温控芯片对激光器进行温度控制。
可调谐激光器可调谐激光器可调激光器一般指可调谐激光器可调谐激光器tunable laser 是指在一定范围内可以连续改变激光输出波长的激光器(见激光)。
这种激光器的用途广泛,可用于光谱学、光化学、医学、生物学、集成光学、污染监测、半导体材料加工、信息处理和通信等。
中文名可调谐激光器外文名tunable laser类别激光器适用范围光谱学、光化学、医学、生物学目录1工作原理2技术分类3产品类型1工作原理2技术分类可调谐激光器从实现技术上看主要分为:电流控制技术、温度控制技术和机械控制技术等类型。
其中电控技术是通过改变注入电流实现波长的调谐,具有ns级调谐速度,较宽的调谐带宽,但输出功率较小,基于电控技术的主要有SG-DBR(采样光栅DBR)和GCSR(辅助光栅定向耦合背向取样反射)激光器。
温控技术是通过改变激光器有源区折射率,从而改变激光器输出波长的。
该技术简单,但速度慢,可调带宽窄,只有几个nm。
基于温控技术的主要有DFB(分布反馈)和DBR(分布布喇格反射)激光器。
机械控制主要是基于MEMS(微机电系统)技术完成波长的选择,具有较大的可调带宽、较高的输出功率。
基于机械控制技术的主要有DFB(DFB (DistributedFeed Back) DFB型光发射机,分布反馈(激光器)分布反馈)、ECL(外腔激光器)和VCSEL(垂直腔表面发射激光器)等结构。
下面从这几个方面可调谐激光器的原理进行说明。
基于电流控制技术基于电流控制技术的一般原理是通过改变可调谐激光器内不同位置的光纤光栅和相位控制部分的电流,从而使光纤光栅的相对折射率会发生变化,产生不同的光谱,通过不同区域光纤光栅产生的不同光谱的叠加进行特定波长的选择,从而产生需要的特定波长的激光。
一种基于电流控制技术的可调谐激光器采用SGDBR (Sampled Grating Distributed Bragg Reflector)结构。
该类型的激光器主要分为半导体放大区、前布喇格光栅区、激活区、相位调整区和后布拉格光栅区。
New Focus可调谐激光器选型指南一、TLB-6000 Vortex TM可调谐激光器提示:TLB-6000采用PZT调谐(压电精密调谐),窄线宽是该型号的最大特点,主要性能:◆PZT调谐范围:75GHz;◆线宽:<300K;◆支持FM、电流调制;◆支持固定功率输出;◆支持固定电流;◆支持RS232和GPIB接口;二、TLB-6300 Velocity TM可调谐激光器提示:TLB-6300采用DC调谐(直流电机调谐)+ PZT调谐(压电精密调谐),灵活的波长和功率选择是该型号的最大特点,PZT细调分辨率:0.02nm,DC粗调范围:>80nm,实现真正实时、线性、无跳模波长扫描,支持扫描、单步和精密调谐,支持FM、电流调制,支持恒功率、恒电流输出,支持RS232和GPIB接口。
三、TLB-6600 Venturi TM可调谐激光器1、无综合选项(5)的基准模块;2、最大测量功率;3、用0.1nm带宽测量的信号(载波) /自发辐射噪声(ASE)比,距离载波1-3nm处信号/最大自发辐射噪声(ASE)比;4、无综合选项(5);5、WR =波长基准,VOA =可调衰减器,PC =偏振控制器,PS =偏振扰频器综合选项提示:TLB-6600是调谐速度最快的产品,有高功率和低噪声不同选择,主要性能:◆波长范围:C+L波段(1550nm)和O波段(1330nm);◆调谐速度:2000nm/s;◆调谐范围:>110nm;◆波长精度:<±30pm;◆波长稳定性:<±15pm;◆ASE噪声:>70dB;◆通过OEM-Proven 24/7可靠性论证;◆支持以太网、USB和GPIB接口;提示:TLB-7000是波长稳定性最好的产品,高功率有突破,主要性能:◆波长范围:630nm-1650nm;◆波长稳定性:<±1pm/连续12小时;◆PZT调谐范围:150GHz;◆线宽:<500K;提示:TLB-3900是为DWDM测试而专门设计的宽范围不连续调谐激光器,主要性能:◆20mW的高光功率输出;◆25GHz或更高频道空隙的全波长锁定;◆内置DSP(数字信号处理器)和电子控制器;◆良好的性能/价格比;。
可调谐激光器及应用可调谐激光器是一种可以调整其输出波长的激光器。
这种激光器的输出波长可以通过外部输入,或通过内部调节系统来改变。
可调谐激光器因其具有广泛的应用领域而备受关注。
在本文中,我将介绍可调谐激光器的工作原理、分类以及几个主要的应用领域。
可调谐激光器的工作原理基于光学共振腔的谐振条件。
光学共振腔是由两个反射镜构成的空间,在腔内产生了多次反射,形成一系列光的干涉。
当光的波长满足谐振条件时,干涉叠加效应将使得光在腔内形成驻波。
而可调谐激光器通过调节共振腔的长度或改变反射镜的位置,可以使得不同波长的光满足谐振条件,从而实现输出波长的调节。
根据激光的输出波长范围,可调谐激光器可以分为连续可调谐激光器和离散可调谐激光器两类。
连续可调谐激光器可以在较大的波长范围内连续调节输出波长,通常通过改变共振腔长度或使用光电调制器来实现。
离散可调谐激光器则只能在离散的波长点上进行调节,通常采用多个谐振腔或光栅的构造。
可调谐激光器在许多领域都有广泛的应用。
其中一个主要的应用领域是通信。
在光纤通信系统中,不同波长的光分别承载着不同的信息。
可调谐激光器可以用于光纤通信系统中的光波长调谐,使得不同的信息可以通过不同波长的光传输。
此外,可调谐激光器还可以用于频率携带多路复用(WDM)系统,将多个波长的光信号传输到同一根光纤中,从而提高光纤通信的传输容量。
另外一个重要的应用领域是光谱分析。
可调谐激光器可以用于光谱学研究,通过改变激光器的输出波长来扫描样品吸收或发射的光谱,从而获得样品的化学成分或结构信息。
这种技术被广泛应用于物质分析、环境监测以及生物医学研究等领域。
此外,可调谐激光器还可以应用于医疗领域。
在激光治疗中,不同波长的激光具有不同的组织穿透性和生物学效应。
可调谐激光器可以根据需要选择合适的波长来进行激光治疗,例如用于皮肤科、眼科和牙科等领域的治疗。
除了以上的应用领域,可调谐激光器还可以应用于光存储、光刻、光学传感和光子学实验等领域。
XLPE电缆接头局部放电紫外光谱吸收在线检测技术交联聚乙烯(XLPE)电力电缆局部放电,是电缆绝缘介质的一种电气放电,仅局限于电缆绝缘介质的一部分,且只使半导体间的绝缘介质局部桥接,这种放电可能发生或不发生于导体的邻近[1]。
如果XLPE电力电缆存在长时间局部放电,会引起绝缘劣化甚至击穿而导致XLPE电力电缆运行寿命缩短,甚至无法正常运行。
导致XLPE电力电缆局部放电原因有生产工艺瑕疵,安装缺陷和运行过程中的绝缘老化[2]。
基于XLPE电力电缆局部放电所产生的物理现象,如电、光、声、热等现象的研究,发展出了与之相应的各种在线探测方法,包括电检测法、声检测法、光检测法和红外热检测法 [3] 。
其中电检测法是基于两个原理:(1)局部放电伴有一定数量的电荷通过电介质,引起电力电缆接头外部电极的电压变化;(2)每次放电时间很短,这种短脉冲会产生高频电磁辐射。
电检测法包括脉冲电流法、无线电干扰电压法和超高频检测法。
这些技术做为在线检测方法的弊端主要是电信号太弱容易被干扰[3]。
声检测法是利用介质中发生局部放电时,瞬时释放的能将放电部位的介质加热蒸发而产生声波。
使用声音传感器可以探测到局部放电的发生。
但是由于声波在传播过程中衰变畸变严重,声检测法不能反映放电量的大小[4]。
XLPE电力电缆局部放电初始阶段,放电不严重,所以XLPE电力电缆局部放电最好造成严重后果是一个漫长累计过程。
声检测法不利于测量这个累计过程的结果,这是该检测方法的弊端。
光检测法包括使用光纤检测法、可调谐激光光谱吸收法(TDLAS)、荧光法和红外热检测法。
光纤检测法是利用介质中发生局部放电而产生声波时,该声波挤压光纤使得光纤折射率和长度发生变化,从而光谱被调制,通过测量该光谱的变化可以实现放电定位[5]。
可调谐激光光谱吸收法(TDLAS)[6]利用可变波长激光器作为光源,用光纤将激光导入一个光学气体测量池内,并射向位于光学气体测量池一端的凹面反射镜,经反射镜反射和聚焦,激光被聚焦导入第二根光纤,第二根光纤将激光导入光电探测器,光电探测器将激光转换为电信号。