大功率脉冲光源的研究与设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

半导体激光器(ld)以其转换效率高、覆盖波段广、使用寿命长、可直接调制、采用简单的电注入方式泵浦等优点，在科研、工业、医疗、国防等领域获得了广泛的应用。

目前市场上高档大功率半导体激光器驱动电源和温控系统主要由国外的ilxlightwave公司、analogtechnologiesinc公司、wavelength公司、thorlabs公司、marteklaser公司、luminapower等公司垄断，产品价格高昂。国内在该领域的研究较少，具有代表性的生产厂商有上海技驰电子科技有限公司、深圳市兴博科技有限公司、西安炬光科技有限公司、武汉新特光电有限公司等，典型产品有上海技驰科技公司生产的型号为j-cw5025的大功率半导体激光器电源，输出电压自适应负载，输出电流0~25a，其体积较大，结构复杂，且只有恒流驱动功能。

在应用中十分重要的一些ld性能指标：如工作寿命、输出功率及波长稳定性等，主要取决于与其配套的驱动电源，因此提高ld驱动电源性能的研究具有十分重要的意义。影响半导体输出光功率的大小的因素有多个，比如输入到半导体激光器的pn结中的电流大小，同时注入电流脉冲信号的脉宽、重复频率和幅度等参数也会影响半导体激光器的性能。

2. 研究的基本内容与方案

大功率脉冲光源的研究的热点问题是，如何使用半导体激光器来产生脉宽和重复频率可调的光脉冲信号。同时，驱动电路性能会对半导体激光器的工作状态等造成较大影响。所以，设计一个性能稳定的驱动电路至关重要。设计出的脉宽和重复频率要能根据实际进行调节，以便找到最佳的功率输出。

半导体的激励方式有三种，分别为电注入式半导体激光器，光泵是半导体激光器和高能电子束激光器。这次研究的重点是电注式半导体激光器。

半导体的驱动电源的设计方案主要有模拟电路控制方案，单片机控制的数字化方案，单片机与fpga相结合的数字化控制方案。模拟电路控制方案结构简单，易于实现，但抗干扰能力差；以单片机为控制核心的方案提高了ld驱动电源的抗干扰能力，并且可以很方便地对其功能(如外部调制，与pc机通讯等)进行扩展，这也是目前应用最为广泛的成熟方案。然而，单片机的工作方式决定了其存在死机、程序可能“跑飞”等问题，尽管“看门狗”等保护电路可以使其复位重启并尽快恢复正常工作，但是短时(毫秒级)的失控状态还是会对ld的使用寿命产生不利的影响。区别于以单片机为控制核心的传统方案，提出了以fpga为控制核心的ld驱动电源设计方案。fpga是当今数字系统设计最重要的手段之一。 fpga器件编程结束后生成相应的硬件电路，系统上电即可工作，不会死机，控制速度快，效率高；以fpga为控制核心可以实现控制系统的全数字化，提高系统的抗干扰能力，增强在高低温环境和较复杂电磁环境下工作的适应性。

3. 研究计划与安排

（1）第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，学习毕业设计研究内容所需理论的基础。确定毕业设计方案，完成开题报告。

（2）第4－5周：毕业论文开题。

（3）第6－12周：撰写毕业论文初稿。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]雷兵，魏立安，冯莹.基于fpga的半导体激光器驱动电源的研制[j].量子电子学

报.2009,26(4):425-430.

[2]王化龙，苏宛新，邢忠宝等.光通信系统中半导体激光器驱动技术研究[j]，微计算