一种半导体激光器驱动系统以及参数在线可调的环路噪声抑制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种半导体激光器驱动系统以及参数在线可调的环路噪声抑制方法。该系统包括半导体激光器，单片机，通信接口单元，调制波产生单元，设置信号处理单元，自动电流控制单元，保护单元，温度控制单元，电源转换单元，D/A转换器，A/D转换器几大部分。其中，自动电流控制单元以深度负反馈架构为核心，并通过环路分析在该系统中引入了参数在线可调的环路多点噪声抑制网络，上位机通过通信接口单元，向STM32控制器发送控制指令，根据设置目标频率值在线改变噪声抑制网络的参数，实现控制环路中的多点噪声抑制，有效保证了在目标设置频率下环路响应能力的同时具有良好的抗干扰能力。在软硬件两方面均设计了保护功能，保证激光器的安全运行。

A driving system of semiconductor laser and a method of on-line adjustable loop noise suppression

【技术实现步骤摘要】
一种半导体激光器驱动系统以及参数在线可调的环路噪声抑制方法
本专利技术涉及吸收光谱技术的痕量气体检测以及光纤传感领域，特别是涉及一种半导体激光器驱动系统以及参数在线可调的环路噪声抑制方法。
技术介绍
半导体激光器在通信、医疗、信息处理、污染监测等诸多领域有着举足轻重的作用。例如在光纤传感、吸收光谱痕量气体检测等技术应用中，光源多采用半导体激光器，激光器出射信号的噪声大小、频率稳定性以及抗干扰能力，都对测量系统的精度和灵敏度造成直接的影响，这除了与半导体激光器本身的性能相关以外，驱动电路的稳定性也至关重要。激光器应用场合具有多样性以及复杂性的特点，因此对激光器的驱动系统以及保护系统提出了更高的要求。为了半导体激光器优异的输出性能，既要保证其直流偏置的稳定性，又要抑制驱动电路噪声对调制信号的影响，因此，如何提高半导体激光器驱动系统的稳定度以及抗干扰能力成为当下亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种半导体激光器驱动系统以及参数在线可调的环路噪声抑制方法，用于降低激光器驱动系统的输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体激光器驱动系统，其特征在于：包括：/n半导体激光器，包含激光二极管LD1，半导体致冷器TEC以及负温度系数热敏电阻NTC，所述激光二极管用于发射激光，所述半导体制冷器用于激光器腔体的制冷或加热，所述负温度系数热敏电阻将温度反应为电阻值的变化；/n单片机，为系统的核心控制器，按照编写的指令完成驱动系统的整体控制，协调各部分的工作，与上位机进行通信，通过所述D/A转换器设置输出直流偏置、调制波信号以及噪声抑制网络的相关参数，且可以实现直流与调制两种工作模式的选择，通过电流采样单元以及所述A/D转换器对驱动系统当前输出的电流状态参数进行采样，处理后传送给上位机进行监测，上次关机时的系统...

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器驱动系统，其特征在于：包括：
半导体激光器，包含激光二极管LD1，半导体致冷器TEC以及负温度系数热敏电阻NTC，所述激光二极管用于发射激光，所述半导体制冷器用于激光器腔体的制冷或加热，所述负温度系数热敏电阻将温度反应为电阻值的变化；
单片机，为系统的核心控制器，按照编写的指令完成驱动系统的整体控制，协调各部分的工作，与上位机进行通信，通过所述D/A转换器设置输出直流偏置、调制波信号以及噪声抑制网络的相关参数，且可以实现直流与调制两种工作模式的选择，通过电流采样单元以及所述A/D转换器对驱动系统当前输出的电流状态参数进行采样，处理后传送给上位机进行监测，上次关机时的系统参数会保存在所述单片机的内部Flash中作为下次开机重启的默认值；
调制波产生单元，可以产生正弦波，方波和三角波，并且调制波的频率和幅值均可调节；
设置信号处理单元，直流偏置设置信号通过所述D/A转换器转换为电压信号，与运放构成的跟随电路连接，通过加法电路与经过高通滤波电路的调制波设置信号叠加，再经过反向电路转换为正值，作为所述自动电流控制单元的输入端；
自动电流控制单元，采用深度负反馈架构，以提供所述激光二极管低噪声的驱动调制电流，并将当前电流信号转换为电压信号通过所述跟随电路以及所述A/D转换器传送给所述单片机，其输出电流的直流偏置大小，调制波的幅值、频率以及波形由设置信号决定；
保护单元，包括过慢启动模块、过流保护模块以及防反向电流模块，所述慢启动模块是在电路刚上电运行时，缓慢的给电流支路进行上电，防止所述激光二极管两端电压突变，当电路出现故障或者人为误操作导致电流支路输出电流值过大超过限制值时，过流保护模块会将电流支路自动断开，启动保护，同时警报灯亮起，电流支路出现反向电流时，防反向电流模块会使反向电流流向其它支路，避免所述激光二极管两端出现较大的负压，这些保护措施极大的提高了激光器运行的安全性；
通信接口单元，进行上位机与所述单片机之间的通信，用于控制指令的发送和驱动电流状态参数的返回；
温控单元，通过所述负温度系数的热敏电阻将当前半导体激光器腔体的环境温度值转换为电阻值，再转换为电压值，与温度设定值进行比较，通过硬件PID控制TEC驱动器，从而调节所述半导体激光器腔体的温度，使其维持在一个稳定值；
电源转换单元，将±15V直流输入转换为±12V，±5V，+3.3V，+1.5V电源组，并且对模拟电路与数字电路两个部分进行分组供电；
复位单元，用于保证所述激光器驱动系统可以进行复位，从一个默认的状态开始运行；
时钟单元，产生8MHz脉冲信号，用作所述单片机的工作时钟；
D/A转换器，用于设置所述直流偏置电流时将所述直流偏置设置信号从数字信号转换为模拟电压信号；
A/D转换器，用于将转换为电压信号后的当前电流采样值从模拟电压信号转换为数字信号；
所述激光器驱动系统在上电时，所述单片机首先访问其内部Flash读取上次掉电时保存的控制命令字，根据控制命令字，所述单片机通过硬件SPI与所述D/A转换器进行通信来设置所述输出电流直流偏置的大小，通过软件SPI与DDS模块进行通信，设置所述调制波的波形与频率，所述直流偏置设置信号与所述调制波设置信号通过所述设置信号处理单元完成...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢品华，吴涛，胡仁志，王怡慧，靳华伟，黄崇崇，刘建国，刘文清，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34