激光电源十篇

激光电源篇1

关键词：放电开关IGCT，预燃电路，保护电路

 

一.常用固体激光电源的组成及特点

1.1 激光电源设计要求和技术指标

电源输出能量必须使工作物质的反转粒子数大于阈值，超过越多，输出光能越大。电源的功率和设计方案应随估算出的泵浦能量而定，这主要取决于工作物质的电光转换效率。为使激光输出稳定，要求电源的输出能量必须稳定。总体而言有如下几点：1.为使放电器件有高的动力指标和运行指标，电源的输出电压或电流特性必须与负特性匹配。2.为使激光器输出能量均可调，一些电源主要参数既能手动控制，也能自动控制。3.要求电源的泵浦电压，电流稳定。4.激光电源发展向小型化，重量轻，效率高的方向发展。5.使用要安全可靠，要有过压，过流等现象的保护电路。

1.2 传统固体激光电源的组成

传统固体激光电源由专用供电电源（充电和放电电路）、预燃电路、触发电路及定时（同步）电路组成。如下图

1.3 激光电源的工作原理

单向AC220v.50/60Hz输出整流，经软启动后在滤波电容上形成一个直流电源。氙灯点燃后，给出信号到控制板，若主电路没有欠压、过流，激光器冷却液断水等故障，控制板允许主电路工作，产生40kHz左右的震荡信号到驱动板，在驱动信号的驱动下，功率开关元件VMOS将直流电压变换成40kHz的交变电压，经过高频高压器进行开压，高频整流桥整流后，送到充电储能网络，当储能电容充到额定电压时，控制板板给出停振信号，逆变电路停止工作。在系统信号驱动下，储能电容给氙灯放电。在主电路工作过程中，调Q电源给出一个2000~5000v的晶体高压。氙灯放电时，相对放电信号延时50~400us，退压触发信号也送到调Q电源板上。另外，电源还具有内外时统转换功能，电源可由外时统控制放电，并具有时统输出端。

二.放电电路的特点及设计方法

2.1放电开关的选择

放电电路在激光器电源中起很重要的作用，在放电电路中，把储存在储能器中的电能直接转换成光能，因此放电电路决定了激光器的效率。论文参考，放电开关IGCT。当工作物质萤光寿命一定时，要求的泵浦光脉冲就一定。目前占主导地位的功率半导体器件主要有晶闸管、GTO和IGBT等，随着技术水平的不断提高，这些传统器件无论在功率容量还是在应用复杂程度等方面都有了长足的进步，但在实用方面还存在一些缺陷。传统GTO关断不均匀，需要笨重而昂贵的吸收电路。另外，因其门极驱动电路复杂，所需控制功率大，这就使得设计复杂，制造成本高，电路损耗大。IGBT虽无需要吸收电路，但它的通态损耗大，而且可靠性不高。另外，单个IGBT的阻断电压较近，即使是新型的高压应用场合须串联，增加了系统的复杂性和损耗。

IGCT是一种新型的电力电子器件，它将GTO芯片与及并联二极管和门极驱动电路集成在一起，再与其门极驱动器在以低电感方式连接，结合了晶体管和晶闸管两种器件的优点，即晶体管的稳定的关断能力和晶闸管的低通态损耗。IGCT具有电流大、电压高、开关频率高、可靠性高、结构紧凑、损耗低的特点。此外，IGCT还像GTO一样，具有制造成本低和成品率高的特点，有极好的应用前景。IGCT的一个突出的优点是存储时间短，因而在串联应用时，各个IGCT关断时间的偏差极小，其分担的电压会较为均衡，所以适合大功率应用，正好适合本实验。

2.2 预燃电路

放电电路的电光转换效率对激光输出的高低非常重要。为了提高电光转换效率，减少电磁辐射的干扰，提高灯的帮助，在放电电路中采用了预燃型放电电路。如图：

这种电路与一般放电电路不同之处在于，有一附加的直流高压电源，这种高压电源可采用任何一种整流方式，关键是能够给出一定的电压和电流。当然，采用LC恒流变换器是理想的预燃电路，由于电路中有高压直流电源，灯始终处于稳定的辉光状态，而流过灯的预燃电流将由预燃电路中的限流元件来限定。为了保证储能器的能量以一定频率向灯供给，在灯与储能器之间接有放电开关。

三.保护电路极其设计方法

3.1 电源保护电路的考虑：欠压、过压保护

欠压、过压保护在激光电源中很重要。如果欠压，为了输出额定功率，则必须具有过大的输入电流。如果过压，则电源有过高的输入电压峰值，增大了对于逆变桥中IGBT功率开关的反向耐压，易造成过压击穿。故为保证系统工作稳定必须具有欠压、过压保护电路，电路如图3所示。利用电阻R,R1,R2取样，在LM339,2D1-4门通过调节电位器Rw，将电网输入电压限制在AC380土10%的允许变化内。

图3 过压保护电路 图4 过流保护电路

3.2过流保护

设置过流保护电路主要解决两个问题：其仪：保护电源在各种强干扰环境工作时，充电电路中不因逆变失败使功率开光（IGBT）超过额定电流值而损坏。其二，保证脉冲电源按脉冲方式进行从放电，一旦出现氙灯连弧故障时主回路过流加以切断，实现保护，如图4过流保护电路所示。论文参考，放电开关IGCT。论文参考，放电开关IGCT。图中R为过流取样电阻，调节电位器RW设置过流值，一般取电流的1.5-2.0倍，当发生过流故障时，LM339反转经光电耦合送到主控信号板，使逆变信号发生芯片SG3525关断。论文参考，放电开关IGCT。论文参考，放电开关IGCT。同时面板上故障显示灯亮、报警。论文参考，放电开关IGCT。

3.3其他保护

为了保证激光器安全工作和操作人的人身安全，在激光电源的设计中，无源水压控制，湿度控制和激光腔盖控制，利用与门关系，不论那方面出现故障保护，电路接受到故障信号均及时的关断逆变信号控制，进行报警。

参考文献

1.梁国忠，梁作亮著《激光电源电路》兵器工业出版社1989

2.电子工业部第11所《高频大功率激光器电源设计报告》1996

3.电子变压器专业委员会编《电子变压器手册》辽宁科学技术出版社1998

4.刘敬海编《激光器件与技术》北京理工大学出版社1995

5.（美）RF格拉夫W希茨著《电子电路百科全书》科学出版社1997

6.HighEnergyLaserWeaponSystemsApplicationsScienseBoardTaskForce,Junw2001:34

7.JRWall,AW&ST,Januaryl,2001:57

激光电源篇2

本文以数字集成电路为核心，设计能够实现智能控制的半导体激光器电源。

半导体激光器LD工作影响因素

半导体激光器的核心是PN结一旦被击穿或谐振腔面部分遭到破坏，则无法产生非平衡载流子和辐射复合，视其破坏程度而表现为激光器输出降低或失效。

造成LD损坏的原因主要为腔面污染和浪涌击穿。腔面污染可通过净化工作环境来解决，而更多的损坏缘于浪涌击穿。浪涌会产生半导体激光器PN结损伤或击穿，其产生原因是多方面的，包括：①电源开关瞬间电流；②电网中其它用电装备起停机；③雷电；④强的静电场等。实际工作环境下的高压、静电、浪涌冲击等因素将造成LD的损坏或使用寿命缩短，因此必须采取措施加以防护。

传统激光器电源是用纯硬件电路实现的，采用模拟控制方式，虽然也能较好的驱动激光，但无法实现精确控制，在很多工业应用中降低了精度和自动化程度，也限制了激光的应用。使用单片机对激光电源进行控制，能简化激光电源的硬件结构，有效地解决半导体激光器工作的准确、稳定和可靠性等问题。随着大规模集成电路技术的迅速发展，采用适合LD的芯片可使电源可靠性得到极大提高。

系统设计

系统框图见图1。主要由以下几部分构成。

・供电电源：实现系统供电电压(交流220V)与系统工作电压之间的转换。并采用滤波技术，使得半导体激光器工作的电压纹波很小，保证半导体激光器的正常工作。

・智能控制：主要由CPU来完成。LD电源工作在恒流模式下，设定电流后，CPU根据传感器采样的电流信号值，经过一定的算法后将输出电压经过运放电路送到激光器驱动芯片的反馈引脚，进行自动调节以达到设定的电流输出，实现激光器的智能化。 ・保护电路：半导体激光器驱动系统必须配备保护电路。保护电路将减小LD实际运用中受到的外界影响，增强了系统的可靠性。这部分主要包括过温保护、过流保护、浪涌保护等电路。

硬件电路

设计电源在连续模式下输出电流0～1.5A连续可调，具有很高的电流稳定度和很小的纹波系数，满足中小功率LD所要求的分辨率、稳定性和噪声性能。

恒流源电路

LD供电电路是一个恒流源(见图2)。ETC公司恒流源驱动芯片HY6340为核心元件。供电电压VEE的稳定对输出恒流信号的稳定起着重要作用，因此采用多重滤波技术，将VEE的纹波控制在1mV以下，保证HY6340芯片输出端12、13、14引脚信号的稳定。调节5引脚和6引脚到VEE之间的电压可以分别设定过流保护阀值和过温保护值。在恒定电流工作方式下，通过调节21引脚的输出电平来控制输出电流的大小在0-1.5A之间连续可调。

处理单元

选用Silicon公司的C8051F020为数字处理单元。在扫描按键功能实现中使用了CH451，芯片内置去抖功能和键盘中断功能。可以节省单片机的内部运行时间，确保按键读取的准确性。

电路

为实现调制信号输出电压的独立可调，在输出端添加了两级输出运放U14A和U14B。考虑到带宽要求所以放大器选用Maxim公司的高速运放MAX4215。利用高速运算放大器组成减法电路，使得输出信号由原来的对称于地电位的2Vp―p变为以2.5V电压为中心的2vp-p。当需要外接调制电路时则启动核心单元控制继电器，从而达到内置调制电路和外接调制源之间的转换。

软件设计

软件采用c51编写程序，包括主程序和中断响应程序部分。

主程序主要是实现软启动、慢关机和控制发火。在系统启动时，初始化系统后进入人机对话界面，扫描是否有按键按下，若有则调用按键处理程序，操作者可通过键盘设定输出电流输出电压基准值，同时显示，以便确认。开始工作，通过缓慢增加电压的方式来实现系统的软启动，保护LD。正常工作时，硬件电路中采样电流信号，从数模转换电路出来的信号经过采样电阻，得到相应的电压信号，传给单片机，送出显示。若出现电流波动情况则进行PID控制，其中采用了中值与均值复合滤波方法处理。系统对D／A输出信号调整，进而调整输出电流。主程序中的循环部分不断探测LD的工作电流、工作温度和发射功率，并显示出来以便查看。如果出现故障，中断信号送入单片机端口(分别相应过压、过流、突然断电情况)，系统分别调用中断程序实现对系统的快速保护。主要控制功能均利用中断实现，保证系统响应的实时性。最后当操作者按下按键关闭设备时，系统调用慢关闭程序，安全地停止工作。

数字滤波

对系统干扰作用的冲击信号往往具有较宽频谱，且具有随机性。对此，系统采用了软件方法对采样信号进行了数字平滑滤波。通过对信号进行处理，减少干扰对有用成分的作用。常见数字滤波的方法有中值滤波、均值滤波等。将中值滤波与均值滤波方法结合，构造一种复合滤波方法，具体做法是：首先对样本信号排序，去掉其中的最大值和最小值，再对余下数据组成的序列计算均值作为滤波结果，这样既可滤除冲击干扰又保留了有用信号成分。

保护设置

软启动和慢关机：系统的启动或关闭均由启动／停机键控制。如果判断为开机。则命令LD驱动芯片预热工作，再逐渐增大工作电流至设定值，实现软启动。如果判断为关闭，则逐渐降低工作电流直到零，实现侵关机。

电流过载保护：程序设定或通过键盘确定电流值上限值，CPU通过控制数字电位器调节激光驱动芯片PIN21的电压并检测电流，保证流经LD的电流的稳定，防止出现过流而损，坏LD。实时比较电流设定值和采样值，当实际值大于上限时，系统启动限流保护动作。

测试结果

根据设计制作了数字式电源，连接现有的实验室用的半导体激光器，进行性能测试。

开机后激光器预热半小时，通过软件设定方式调节激光器的工作电流至1.5A，激光器启动系统运行，工作电流平稳上升达到1.5A，动态响应时间在1.5～2s之间。系统输出电流为1.5A，连续工作4小时，每间隔10分钟记录1次电流，按照时间排列测试次序和相应的电流值。测试结果数据描绘曲线见图3。结果表明系统的控制电流稳定，误差小。测试结束后关闭激光器，系统逐步减小输出电压信号，降低输出功率至零后激光器停止工作。结果表明，采用数字控制方案的电源达到激光器的稳态精度要求。

激光电源篇3

关键词：半导体激光电源；MAX1968；TEC；TTL；温度控制

中图分类号：TN789文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）09-0021-02

一、半导体激光电源的发展及技术要求

目前，半导体激光器在通信技术、生物医学工程、军工技术等领域的应用越来越广泛。因此半导体激光电源的可靠性、稳定性也就显得格外重要。由于激光器的发射谱线、倍频晶体的相位匹配等对温度十分敏感，因此温度的变化严重影响着整个器件的性能，因此，温度控制电路对整个激光器件的品质是非常关键的。小功率的激光器可以采用简单的被动散热；高功率的激光器一般需要水冷，通过调节循环管道内水流量来达到控温的目的，这种方法精度不高，而且受到应用环境的限制，使激光器的应用范围变窄。若要激光器的控温具有高稳定度，则需要用半导体制冷器（Thermal Electronic Cooler，TEC）作为温控系统的控温执行器件，通过调节流经 TEC 的电流方向和大小，可以实现制冷或者加热，实现较高的控温效率，同时达到理想的控温精度。

二、半导体激光电源的系统设计

如图1的系统框图，整个系统分为三个部分，分别为激光电源（LASOR DIODE，简称LD）恒流输出部分，TTL电平控制部分以及半导体制冷器（Thermal Electronic Cooler， TEC）温度监测与控制部分。

在激光电源恒流输出部分中，首先用一个模块电源将市电的220V交流电转换为5V/4A的直流输出；然后通过一系列滤波调压将收到的直流电量整合到携带有少量微小噪声干扰的直流量，最后通过一个恒流电路将输出电流稳定到3A，输送给激光器。

在TTL电平控制部分中，主要是通过TTL电平控制恒流电路中输出MOS管的导通与关闭以达到调制激光的功能。

在TEC温度监测与控制部分中，激光器表面的温度信号首先通过一个温度-电压传感器转变为可采集的标准电压信号，并传送给比例电路。电压信号通过比例电路的放大与滤波后，传送给TEC驱动电路和比较电路。TEC的驱动电路将接收到的信号与基准值相比较，以驱动TEC不工作、制热或者制冷。比较电路将接收来的信号与基准值进行比较与分析，当温度超过预设的温度上下限值时，发送出一个警报信号迫使整个电源停止工作。

三、半导体激光电源的硬件连接

硬件连接主要分为两个部分，第一部分是半导体激光器部分，为激光器提供稳定的输出，同时利用TTL信号和警报信号控制电源的工作状态；第二部分是TEC驱动及警报信号产生电路，通过MAX1968控制TEC制冷或制热。

（一）半导体激光器（LASOR DIODE）

电源所提供的某一个电参量必须是稳定的，并且所携带的噪声信号越小越好。因此，系统中采用了一系列的滤波调压电路，滤除电流中所带的微小噪声，以达到稳定的小功率输出。如图2，在滤波电路中设置了两个滑动变阻器，用来调节输入到运算放大器AD820的电压信号值。其中用作粗调，用作微调，分别引出两根导线，安装手动旋钮式变阻器，调节输出恒定电流值的大小。在AD820的电路中，采用电流反馈，以达到恒流输出。

在TTL与警报信号控制电路中，信号通过4N25输入到VMOS管T092C的基极，以控制其导通或截止。光电耦合器4N25主要用来隔离前后级电路的相互影响，同时控制Q2（T092C）的导通与截止，以调节恒流输出的导通与截止。电路工作过程：当激光器工作在指定温度范围内时，警报信号为低电平，此时，若TTL信号为高电平时，U104A（DM74LS00M）的输出为低电平，则U102A（CD4001BCM）的输出为高电平，而U104B（DM74LS00M）的输出为低电平，这导致光电耦合器4N25截止，则Q2（T092C）基极为低电平，Q2截止，则AD820输出的电压值不变，使MOS管Q1（BU932RP）导通，从而输出恒定的电流值；而若TTL信号为低电平，则U104A（DM74LS00M）输出为高电平，U102A（CD4001BCM）输出为低电平，U104B（DM74LS00M）为高电平，则光电耦合器4N25导通，输出电压导致Q2基极为高电平，Q2导通，从而使AD820的输出端降为低电平，导致MOS管Q1（BU932RP）截止，则LD部分无输出。而当警报信号为高电平时，无论TTL信号为高电平或者低电平，都会导致U102A的输出端为高电平，从而使LD部分无输出。

（二）TEC驱动及报警信号产生电路

热电致冷器（TEC）是利用帕耳贴效应进行制冷或加热的半导体器件。在TEC两端加上直流工作电压会使TEC的一端发热，另一端致冷；把TEC两端的电压反向则会导致相反的热流向。本系统使用MAX1968为TEC的驱动芯片，它采用直接电流控制，消除了TEC中的浪涌电流。MAX1968单电源工作，在芯片内部的两个同步降压稳压器输出引脚之VOUT1与VOUT2之间连接TEC，能够提供±3A双极性输出。双极性工作能够实现无“死区”温度控制，以及避免了轻载电流时的非线性问题。该方案通过少许加热或制冷可避免控制系统在调整点非常接近环境工作点时的振荡。此系统中设置的基准值是3v（对应的温度值为25℃），当传感器感知的温度大于25℃时，经反向放大器放大后传输给MAX1968的电压值将小于3v，MAX1968将输出+3v的电压，驱动TEC制冷；当传感器感知的温度小于25℃时，经反向放大器放大后传输给MAX1968的电压值将大于3V，MAX1968将输出-3v的电压，驱动TEC制热。

传感器将感知的温度信号转换为电压信号，经过反向放大器传输给U2A的3管脚和U2B的2管脚，U2A和U2B是两个比较器（LM393）。在比较电路中，设置了两个极限电压值和一个基准值，上限是4.5（对应的传感器温度为0℃），下限值是1.5v（对应传感器温度为50℃），当时，U2B输出一个正向电压，二极管D2导通，警报信号为高电平，同时三极管Q3导通，蜂鸣器报警；当时，U2A输出一个正向电压，二极管D1导通，警报信号为高电平，同时三极管Q3导通，蜂鸣器报警；而时，U2A和U2B都输出反向的电压，二极管D1和D2同时截止，警报信号为低电平，三极管Q3截止，蜂鸣器不工作。

四、实验数据

（一）LD部分电路测试数据

将电源输出接到半导体激光器上，正常工作时测试结果见表1：

其中R104是阻值为0.1的瓷片电阻，恒定的电流值为其两端的电压值的数值的十倍。测试结果基本接近所设值，测试完成。

（二）警报信号电路部分调试数据

激光电源的设计要求是传感器模拟信号以25℃（对应电压为3V）为基准工作温度，标准输出2V/3A。当传感器输出电压信号高于3V时则说明激光器温度较低，需要制热，低于0℃温度时，LD部分停止工作，蜂鸣器报警；低于3V时则说明激光器温度过高，需要制冷，高于50℃温度时，LD部分停止工作，蜂鸣器报警。测试结果见表2：

从测试数据来看，该激光电源的参数，性能，指标完全满足设计需要。

五、结语

本文采用了MAX1968驱动芯片，大大减少了电路分立元件的数量，改进了系统噪声性能，增加了系统的可靠性， 有效地对激光器的工作温度进行监测与控制，电路的控制性能令人满意。电源设备可靠性的高低，不仅与电气设计，而且同元器件、结构、装配、工艺、加工质量等方面有关。可靠性是以设计为基础，在实际工程应用上，还应通过各种试验取得反馈数据来完善设计，进一步提高电源的可靠性。

参考文献

[1]梁国忠，梁作亮．激光电源电路[M]．北京：兵器工业出版社，1995.

[2]陆国志．实用电源技术手册――开关电源分册[M]．沈阳：辽宁科学技术出版社，2008．

激光电源篇4

半导体激光器的稳定性取决于驱动电源，电流的起伏会引起光功率的变化，从而影响激光器的性能。为确保半导体激光器安全可靠地工作，本文深入分析了半导体激光器电源工作原理，确定了驱动电源的主要环节的技术实施方案，设计高稳定半导体激光器的驱动电流源。这种设计电源实际上主要就是利用取样电路、调整电路、误差放大电路等电压来实现负反馈电路，针对设计的要求为各个模块选择了合适的器件，它能够对激光器提供一个稳定的受控电流，并能实时监视。为了使激光器稳定可靠的工作还设计了温控电路，激光器保护电路等。

【关键词】半导体激光器 慢启动 受控恒流源 TEC温度控制

1 半导体激光器的P-I特性

半导体激光器的P-I特性（又称L-I特性），这种设备实际上就是用来描述随注入电流IF不断改变和实际变化规律的激光器光功率P，是设计和应用半导体激光器的根本依据。只有在其PN结上合理加入正向电压，半导体激光器进入足够大电流的过程中，才可以形成激光，如图1所示为理想的输出P-I特性曲线。

从半导体激光器理论角度来说，如果在额定范围内运行半导体激光器的时候，注入电流IF和输出光功率P需要充分满足线性的关系，其一阶微分曲线是类似于水平的一条直线。如果一阶微分曲线上形成相对比较明显的拐点，或者是出现不是十分平滑的曲线，此时就可以表明半导体激光器上存在一定问题和缺陷。也可以说，如果在拐点驱动电流范围内运行半导体激光器的时候，注入电流值和输出光功率之间没有形成线性比例的关系。

2 激光器驱动电路设计

在仔细分析了半导体激光器的工作特性和它在使用过程中提出的具体技术指标后，设计出了以下电路方案：

2.1 慢启动电路

在没有慢启动措施的基础上就把半导体激光器驱动电源进行电路的接通和断开，此时电路中出现过渡的过程，也就是说在开启电源的过程中，出现很大幅度的驱动电流过冲，然后在经过过渡过程以后开始慢慢稳定。这种驱动电流过冲问题十分容易导致电击穿PN节。即使浪涌出现很长时间或者存在很大强度，也不保证会在第一次开启电源的过程中就完全丧失使激光器的作用，但在实际操作的时候因为多次受到浪涌的冲击，从而也会导致提高退化半导体激光器性能的速度，并且最终导致电源失效。所以，为防止此半导体激光器遭到电流的破坏，此时需要缓慢启动激光器驱动电源电路，保证能够缓慢上升电流输出额定值，以便于确保能够及时进入到正常工作区，这样可以有效地消除电源开或关时产生的浪涌冲击。本设计中用单片机延时后控制继电器U10B打开，并将激光器T10接入控制电路中，可有效的消除上电瞬间浪涌对激光器的冲击。具体电路如图2所示。

2.2 积分电路

根据结构原理如图2所示，U15B与电阻R123，电容C123构成典型的积分电路，上电后即先对C123进行充电，输出电压对时间的积分，输出电压达到最大之后受直流电源的限制，致使运算放大器进入饱和状态，输出电压保持不变，而停止积分。通过该积分电路，调整MOS管的栅极电压，达到设定电流为恒流输出的目的。

2.3 取样及放大电路

电路中以功率器件MOS管（IRF740）作为调整管，通过控制MOS管栅极电压，实现对激光管的电流进行控制，采样电阻连接到MOS管的源极（低端取样）。输出电流I0可由下式计算：

I0=*Vi

式中Vi为输入电压，R为取样电阻，F为反馈网络的反馈系数。由公式可知，要实现电路中激光器驱动电流的高稳定性关键要选择高稳定低温票电压基准，低温票系数取样电阻和低温票反馈网络。在本恒流源中采用精度是±1.0%的取样电阻，±215×10-5/℃的温度系数；小于1×10-6/℃的电压基准的温度系数，长期稳定度是2×10-5/℃。控制DAC0的电压大小就可以控制激光器流过的电流，进而控制激光器输出功率大小。

2.4 受控恒流源电路

激光控制器由受控恒流源，其结构原理如图2所示。为了保障激光器能够输出稳定的激光，应该严格规范激光器中流过的电流，低噪声稳定恒流源就是供电电路。从0～2.5A之间能够进行连续可调的恒流源，以便于满足导体激光器不同规格的实际需求。恒流源核心为是大功率MOS管，负载就是激光器，并且合理串联恒流源，对MOS管栅极进行合理控制，以此来达到控制激光器电流的目的。但是实际操作的时候因为MOS管属于非线性器件，不能直接进行控制，因此需要合理使用线性控制。把0.1Ω的电阻串联在MOS管中，以此进行采样反馈，具备0～2.5A变化范围的MOS管的电流，0～2.5V范围的输入控制信号电压，放大10倍采样电阻电压以后正好匹配输入电压。以此在控制电流0～2.5A和电压0～2.5V之间构建起线性关系，单片机能够直接采集AII1输出电压，并且对其进行换算以后显示激光器电流。但是因为具备开环反馈系统，很容易导致出现自激，所以合理应用电阻连接1μF电容的方式，以此破坏自激条件，尽可能降低自激。

3 激光器温度控制电路

3.1 温度控制电路

温度对激光的品质有很大影响，主要影响到的指标有阈值特性，输出光功率，激光器波长等。电流恒定模式下的波长，每升高1℃的温度，就会增加0.1nm的激光波长，如果出现过高的温度会导致迅速老化或者损坏激光器。所以在激光器适合条件下控制温度，保障具备小于0.1℃温度起伏，以此来保障具备稳定的波长。激光器实际上是高电灵敏度的负载，此控制器需要具备保护过流的能力和供监控限制的能力。环境温度变化会严重激光器的性能，此时需要有效控制设备制热和制冷的能力。本设计中控温执行单元广泛采用了半导体制冷硅（TEC），选择型号为TES1-4903 5V3A温差70摄氏度小功率制冷器。半导体制冷硅（TEC）是利用玻耳贴效应制成的，玻耳贴效应是将电流以不同的方向通过双金属片所构成的结构时，能对其相接触的物体制冷或者加热，当半导体制冷器的制冷端和制热端的温差一定时，半导体制冷气的制冷端和制热端的制冷量与工作电流成正比。半导体致冷器TEC具备上述设备需要的能力，但需要真正双向的控制器，并且从冷端到热端之间不会出现温度死区。

TEC的驱动电路一般情况下都是合理应用“H”桥式，通过两个互补MOS管或者达林顿管构成。利用开关式驱动对H桥进行驱动，开关式驱动方式具备效率高和功耗小的特点。利用MC33886等芯片直接驱动开关式驱动，控制部分由单片机直接驱动，为了减小干扰采用光耦隔离进行控制。

大电流开关电路运行过程中会形成一定的噪声干扰，为了有效降低干扰，可以在一定程度上提高转换大开关管的时间，以此来有效减少高频开关噪声。这种形式虽然能够降低开关效率，但是也会大幅度提高和改变噪声，需要付出一定代价，但是也是值得的，此外因为TEC存在热惯性，改变的时候会出现延迟现象，会导致系统振荡。为了降低系统振荡，放大器两端可以及时并联积分电路，以便于有效提高延时并且也可以消除振荡。

3.2 温度检测电路

温度测量技术目前已经是很成熟的技术，温度传感元件既有传统的热电偶，热敏电阻等温度传感器，又有现代集成式温度传感器，如AD590；数字温度传感器，如18B20；还有超高温度的光学温度传感器。其中热电偶和热敏电阻式工业生产过程自动化中最常用的两种温度传感器，热敏电阻由于在测量的灵敏度，线性，电路组成简单等诸多方面均优于热电偶，因此，在中低温测量中使用的更为广泛。本设计中采用了NTC薄膜热敏电阻MF5B贴片式10K精度1%。由于温度测量范围要求比较小，本设计中没有采用传统桥式测量电路，而是采用由NTC薄膜热敏电阻串联一支低温漂金属膜电阻构成，电源采用稳定的基准电源供电。将温度信号转换为电压信号送入AD中进行数据采集。热敏电阻符合国际分度表要求，故采用查表方法来计算测量温度。但是实际操作中也需要注意利用热敏电阻体现稳定温度，因此要在相同模块中安装TEC与热敏电阻，保障两者能够紧密耦合。

3.3 温度控制实现

激光器温度控制基本上是以时间比例进行调节，或是固定参数PID调调节，模糊PID控制散发等。当然不同的控制算法控温精度也不尽相同。实现对温度的高为了达到控温精度的要求，本设计采用闭环负反馈温度控制系统。负反馈温度控制可以减小温度偏差，使被控对象TEC的温度控制在控温精度范围之内变化。偏差量经过调整后，输出控制量控制被控对象TEC的温度，被控对象的温度由采集单元负反馈到偏差量中，进而实时调整被控对象的温度。由于闭环控制加入了负反馈，因此大大提高了控制温度的精度。

精度控制需要对TEC的工作情况进行快速高效的控制，通常采用比例，积分，微分控制（PID）比较符合基于TEC的高精度温度控制的要求。单片机控制AD对温度的采集有一定的频率，因此反馈温度为离散的数字信号，本设计中使用的是离散化PID控制。离散化数学表达式如下：

u（k）=Kp{e（k）+

其中，e（k）为基本偏差，T*∑ki=0e（t）对应偏差的积分，[e（k）-e（k-1）]/T对应偏差的微分，u（k）是输出，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，T为采样周期。本设计中使用的为直接PID算法，即输出的控制量是由基本偏差，累计偏差，相对偏差直接计算得出。PID算法分为两个区间使用，使用的函数如下：

Pout=

其中，Pout为输出的脉宽控制量；e（t）为温度基本偏差；∑e（t）为累计偏差，表示e（t）从1到t的全部总和；a为温度范围，温度超过此范围则全脉宽；Kp为比例系数；Ki为积分系数，Ki=Kp*T/Ti；Kd为微分系数，Kd=Kp*Td/T。从上面公式中可以看出温度控制并没有采用全温度PID算法，而是采用更加快速的超温度设定判别。在原理设定温度时采用全脉宽加热或制冷，这样可以迅速调整误差，是误差的绝对温度值以最快速减小。当温度接近设定温度后进入PID调节，比例环节可以控制调节速度，积分环节可以使温度接近设定温度，微分环节可以减低温度快速变化对输出的影响。

以上分别介绍了为了实现半导体激光稳定可靠的工作，采用了恒电流控制及恒温电路控制，并详细介绍了其工作原理，此外供电电源还要采用大电流低纹波电源作为供电系统。本方案中设计了慢上电电路对激光器进行保护，电路上还需要进行静电防护电路设计，以及过流保护设计等措施进一步对激光器进行保护。

参考文献

[1]尉广军，朱宇虹.几种恒流源电路的设计[J].电子与自动化，2000（1）：45-46.

[2]林咏海，毛海涛，张锦龙等.一种半导体激光器驱动电源的设计[J].激光杂志，2006，27（1）：12-17.

[3]黄松林.PID参数模糊字整定非线性系统仿真研究[J].机械工程与自动化，2007，（141）：92-95.

激光电源篇5

[关键词]分光器；FB-LD激光发光器

引言：

光缆传输系统主要由光发射机、传输光缆和光接收机组成。光发射机的核心器件是激光二极管LD，由前端来的射频信号对激光二极管的发光强度直接进行调制。目前AM光发射机常规采用分布反馈式FB激光器。它是一种单模工作激光器，具有良好的噪声性能、线性和相调性能，能用多频道AM组合信号直接进行调制。AM光缆传输系统中均使用单模光纤做传输媒介，其传输损耗非常小，光接收机一般用光电二极管（PIND）作为光电转换器件，它有较好的灵敏度和较高的接收电平，输入光功率范围在0dBmV～10 dBmV之间。整个AM光缆干线传输系统的带宽可做到1GHz。

我台1996年开始采用光缆技术，当时光缆十分昂贵，光缆的附属设备及附件也非常昂贵，光源更为昂贵。当时前端每提高1db光功率，大约需要人民币10万元左右，现在前端每提高1db光功率也要在1万元左右。小型能携带的光源（光发射机）现价也十分昂贵，在光缆施工、维护、抢修中，除用OTDR（只能单路监测）监测以外，别无其他仪器监测，造成前端机房必须留守，用OTDR监测给施工、抢修等带来了一些不必要的麻烦及人员留守。

该简易激光源基于多年的光缆施工、抢修、维护等经验于一体，自行制作的简易激光信号源。该简易激光源可用交直流两用电源，体积在250克左右，携带方便，该光源可用分光器分成多路转换（从1路转2路），使用灵活方便。该简易激光源输出的光功率稳定，输出光功率准确在0.25%左右，适用于1310um-1550um范围内，直流电源使用时间可达17个小时，可自动充电。

激光二极管由于其结构的平行，侧面沿晶体的天然晶面（解理面）被抛光，在正向偏置下，注入电流超过阀值后就从一个侧面发射具有相干性的激光。激光二极管的输出功率可达5～10 mw，平均寿命可达数十年，响应速度为GHz数量级，所以在系统中得到了广泛的应用。激光二极管可用激励源直接进行强度调制（IM），使光载波的强度随着模拟信号连续变化。

1.电源主要以交流直源两种方式，采用＋12V、-12V、5V、15V电源，以-12V为主要来调整光发生器的偏流电压，此调节范围在-5V——-12V之间，在此之间调整，光功率可由3db—11db左右。

2.电路实物图

半导体激光器体积小、重量轻、可靠性高、转换效率高、功耗低、驱动电源简单、能直接调制、结构简单、价格低廉、使用安全、其应用领域非常广泛。

3.发光器主要以激光二极管为主，我们采用进口的FB—LD激光管，该激光器工作稳定，光功率波动小，使用寿命长，多路光分路器转换，该转换器以2分光器、3分光器、5分光器、10分光器、12分光器，可自由转换，转换方式用法兰盘直接转换，方便灵活。

具体使用举例：

1.抢修。在抢修中时常发生多路段光缆受伤，在无OTDR或线路走向复杂无法确认光缆的具体长度及位置时，我们就采用简易多路激光信号源，把该光源直接接于光缆线路中，通过大约光缆长度，知道光源的大小，测终端光源大小，可知光缆线路有无故障。

如在我市建设路光缆抢修中，由于要缩短抢修时间，我们直接把信号源接入光缆断头处，此时的光功率在＋3db，到光终端的光功率，用功率计直接测试光源的输出光功率为+2.26db。通过估算连接法兰盘衰耗0.5db，光缆线路长衰耗0.27左右，光缆长大约一公里左右，这证明光缆线路无其他物理故障，衰耗正常，直接对熔接后，正常恢复工作，减少二次及多次故障，缩减抢修时间，提高工作效率。

2.施工。该简易激光信号源在光缆施工中有明显的应用价值，以往光缆施工中我们必须前端留有一人用OTDR监测，以保证光缆熔接质量，这样会造成人员留守，而采用该简易激光信号源后，就少了一道工作环节，可以把留守人员，调用在施工现场，发挥其他的工作效率。比如：

在我们在市河西路施工过程中，需建立光终端9个，工作量比较大，各终端光功率无法确定是否达到设计要求（－1db～2db之间），于是我们采用该简易激光信号源解决的以上问题。具体操作方法：我们把光源输出加一个10分光器，分别把其中9个分光口，接入9对光缆线路中，这样我们全体人员一起到线路施工，取消OTDR的留守人员，接一个光终端可用光功率直接测试该端的光功率，当时可知光功率是否达到设计要求，直至9个光终端建完，减少了测出9个光终端的光功率范围的施工时间，提高了工程效率，使老百姓早日看上有线电视。

激光电源篇6

关键词：LED电源 分段调光 原边反馈 单级反激 触发器

中图分类号：TN383 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）05-0000-00

LED光源具有光效高和寿命长的特点，因此被广泛应用在家用，商业和工业领域[1]。为了更好地发挥LED照明节能的优点，在LED驱动器中加入调光功能是大势所趋[2]。同时，调光技术也可改善灯光舒适度，延长灯具寿命。目前市面上的LED调光的方式主要有三种：线性调光，可控硅调光和PWM 调光。在低成本家居照明应用里，人们通常更倾向于可控硅调光技术，但可控硅调光需维持电流，且调光易出现闪烁。实际上，满额输出的一半作为调光等级也被认为是一种节能技术而大量采用。因此，分段调光在照明应用中也有相当的好处。

本文提出了一种新的分段调光电路设计，基于原边反馈单级反激拓扑，分析了分段调光控制电路的工作原理，利用墙壁开关触发LED驱动器，实现了LED亮度的分段调节。该方案成本低，不需要特殊调光器，操作简单。最后制作样机并测试，试验结果证明了该电路具有很高的实用价值。

1 原边反馈反激电路工作原理

图1为原边反馈单级反激的LED驱动电源电路图。次级省略的光偶和TL431电路，大大减少了元器件，缩小了电源空间，降低了成本。当开关管Q1导通时，整流二极管D6反向截止，输出电容C3给负载供电，此时变压器T1相当于一个纯电感Lp，流过原边绕组的电流线性增加，斜率为，直至达到峰值Lpp；当开关管Q1截止时，变压器所有绕组电压反向，此反向电压使输出二极管D6导通，原边绕组在开关管导通存储的能量 传送到辅助绕组，给输出电容C3供电，同时给负载供电[3-4]。

反激电路拓扑工作在DCM模式（不连续导通模式Discontinuous Conduction Mode）。Vo的采样主要是通过辅助线圈耦合副边线圈，在Tdis时间内，副边线圈上二极管正向导通，副边线圈电流下降，辅助线圈电压。当开关管Q1截止时，次级续流二极管D1将导通期间存储在变压器中的磁场能量传输到负载，根据电流比方程，有：

其中，Ipp为原边电流峰值，Isp为次级电流峰值，Np，Ns分别为反激变压器原边绕组的匝数和次级绕组的匝数。

输出电容在开关管导通时被充电，断开时给负载供电，其平均电流一直为零。因此平均二极管电流必须等于负载电流，有

其中为反激变压器释放能量的时间。

由式（1），（2）得输出电流ILED为

在图1的电路中，电源芯片的Vcs端口的参考电压恒定，Vcs=Ipp* Rcs ，故原边反馈反激电路的输出负载电流ILED为：

由上式可见，保持续流二极管导通时间和开关管周期的比值不变，变压器匝比Nps不变，输出负载电流可以通过改变原边采样电阻Rcs来调整实际输出。因此，低成本的分段调光功能可以通过改变采样电阻Rcs的大小来实现LED亮度的调节，对这部分功能实现的详细描述见一部分。

3基于原边反馈反激电路分段调光工作原理

原边反馈反激电路拓扑工作在DCM模式，实现了驱动电源的高功率因数、高效率。基于这种电路拓扑，设计并实现了LED灯具墙壁开关的分段调光功能。调光主要是通过调节流过LED负载的电流大小来改变LED的亮度，由本文的第三部分可知，增大原边采样电阻Rcs可以降低LED驱动电源的输出电流。图2中，并联在 R5端的两个采样电阻R6，R7分别接N沟道MOS管M2，M3。开关管M2，M3的驱动信号M1，M2可以改变原边采样电阻实际阻值的大小。

第一次闭合墙壁开关S1时刻前，Q1，Q2均为低电平，引脚DATA1，DATA2则均为高电平。闭合墙壁开关S1，辅助绕组线圈给双D触发器Vcc引脚供电，引脚SET1，SET2，RESET1，RESET2变为高电平，引脚CLOCK1 有上升沿信号，根据图3真值表，Q1输出为高电平，此时，引脚CLOCK2 出现上升沿信号， Q2输出为高电平。MOS管M2，M3导通，原边采样电阻R5，R6，R7并联，由公式（5），可知流过负载LED电流最大，亮度最高。

断开墙壁开关，引脚DATA1，DATA2保持为低电平，第二次闭合墙壁开关S1，引脚SET1，RESET1变为高电平，引脚CLOCK1 有上升沿信号，根据图3真值表，Q1输出为低电平，此时，引脚CLOCK2 出现下降沿信号， Q2输出保持为高电平。MOS管M2导通，M3关断，原边采样电阻R5，R6并联，由公式（6），可知流过负载LED电流变小，亮度变暗。

断开墙壁开关S1，引脚DATA2为低电平，DATA1为高电平， 第三次闭合墙壁开关S1，引脚SET1，RESET1变为高电平，引脚CLOCK1有上升沿信号，根据图3真值表，Q1输出为高电平，此时，引脚CLOCK2 出现上升沿信号， Q2输出为低电平，三极管M4导通，Q1变为低电平。MOS管M2，M3关断，原边采样电阻仅有R5，由公式（7），可知流过负载LED电流再次变小，亮度再次变暗。

此调光过程满足三段分段式调光，合理设计原边采样电阻R5，R6，R7，可满足100%，50%，25%循环调节模式。

4系统样机的设计与实验结果

为了验证新型分段调光方案的可行性，设计了一款功率为41W的LED驱动电源，工作范围为100Vac～240Vac，满载输出电流为1080mA。原边反馈反激拓扑的电源控制芯片采用矽力杰的电源芯片SYPH83A，分段调光控制电路中的双D触发器采用恩智浦的74HC74。

LED驱动器性能参数的详细测试结果见表1，驱动器满载工作在五个不同的输入电压下，电源的输出电流恒流率保持在1%以内，且功率因数和系统效率分别达到0.97和91%。

LED驱动器工作在满载工作时的效率为90.5%，在调光轻载输出电流时，效率会降低。但在50%额定LED电流输出时效率仍为83.7%。图4所示曲线为LED驱动器工作在全电压100～240V下，不同输出电流时的效率。

另外，LED驱动电源还满足输出开路，短路保护功能设计。当使电源负载处于开路或短路状态时，电源系统进入保护模式，没有输出。

5结语

本文详细分析了原边恒流控制的原理，提出了一种新的分段调光电路设计思路，最后应用芯片SYPH83A和双D触发器74HC74制作了一款41W的LED驱动器。实验结果表明电源的各项参数都达到了设计要求，并且具有高效率和高功率因数。此外，可兼容原边反馈反激拓扑的电源芯片的使用，可以缩短研发时间，节约成本，节约能源，在照明产品应用中有很大的实用性。在灯具安装时，无需特定的调光器，在固有的家居墙壁开关的操作下，即可实现三段式调光。

参考文献

[1] 廖志凌，阮新波.半导体照明工程的现状与发展趋势[J].电工技术学报，2006，21（9）：106-111.

[2]陈浩，席光，刘胜 等.一种精确调光的LED电源设计[J].电源技术，2011，35（2）：218-220.

激光电源篇7

【关键词】投影；光源；LED；激光；科技馆

投影机是一种可以将图像或视频投射到幕布上的设备，光源从经过不到1英寸的显示芯片，到清晰地投射在大屏幕的过程中，显示面积需要放大成千上万倍，因此高亮光源是相当重要的。现阶段，在投影机领域，传统光源包括超高压汞灯、短弧氙灯和金属卤化物灯，新型光源指LED和激光光源。

1 传统光源的特点

传统光源主要是指高强度气体放电光源，包括超高压汞灯、短弧疝灯和金属卤化物灯，它们的发光原理都是一样的：在一个充满高压气体的灯管里使两根相距1毫米左右的电极尖端产生高压放电，从而激发气体产生可见光。

1.1 超高压汞灯

当灯管内的高压气体为汞蒸汽时，这个灯就叫“超高压汞灯”。超高压汞灯具有很高的亮度，汞放电的蒸汽压越高可见光就越丰富，电弧亮度也就越高，超高压汞灯稳定放电时汞蒸汽压强通常要达到104Pa以上，这就要求灯泡在工作时腔体内最少要能承受10MPa以上的气体压力。该灯色温高，对视觉刺激大，但是本身很脆弱，因为它本身受到温度太高，加上现在的技术限制，因此寿命很短，一般正常使用在2000小时左右，且其光衰性很强。由于较高的性价比，超高压汞灯被广泛用于中高档投影机的中高亮度产品中。

1.2 短弧氙灯

当灯管内的高压气体为氙气时，这个灯就叫“短弧氙灯”。短弧氙灯的亮度比超高压汞灯更高，辐射光谱接近日光，最高亮度可达到4万流明，而且亮度衰减性控制良好，随工作电流和工作时间变化较小，但是该灯价格昂贵，而且寿命短只有可达1000小时左右。目前只用于少量高档投影机的高亮度产品中。

1.3 金属卤化物灯

当灯管内的高压气体为金属卤化物时，这个灯就叫“金属卤化物灯”。金属卤素灯，其特点是寿命长，价格便宜，但是亮度的衰减性也很快，一般1000小时衰减50%左右。并且发热量高，对投影机散热系统、工作环境防尘要求也高，不宜做长时间投影使用。目前，主要用于低档品牌的高亮度产品中。

2 新型光源特点

2.1 LED光源

LED光源就是以发光二极管（LED）作为投影机的光源，来代替传统光源，LED光源分为两类，一是以单色的白光LED作为光源；二是以红、绿、蓝三色LED作为光源。

与传统光源相比，节能是LED光源最大的特点，耗电不到传统光源的三分之一。此外又由于LED是冷光源，在工作时产生的热量远远低于传统灯泡光源，大幅降低了光源对投影机的散热要求；全封闭的光学引擎完全杜绝灰尘的进入做到了光路零维护；LED光源具有超长的使用寿命，使投影机更换灯泡的频率降低并减少了后期使用成本了。目前LED投影可以做到十年不用更换灯泡，真正做到零维护。内置的高温隔热膜，外置的真空散热，再加上两级温控保护可以使LED投影工作时间长达十年，是传统光源寿命的10倍～20倍。

目前LED光源已逐渐成熟，并在逐步进入了平常百姓人的家中，但其使用成本还是偏高且光源亮度不足。近年来，由于世界各大投影生产商对LED光源的日益重视，纷份加大LED光源的改进力度，使其性能不断在改进中提升。经过对LED光源的改进，如今其已经具有了更好的发光率和发光角度以及更高的单色发光性能，但目前亮度也只可以达到3000流明，然而这个亮度已经可以满足很多要求不高场合的使用需求了。而且根据LED光源具有超低的光衰，行业标准表明1000小时光衰为0，3000小时光衰为1%，10000小时光衰仅为3%，这显然也为LED光源长期使用效果提供了保障。

2.2 激光光源

激光光源就是以由全固态激光器产生的激光作为投影机光源，从而代替传统光源，激光光源也分为两类，一是以单色激光为光源；二是以红、绿、蓝三色激光作为光源。

激光显示技术是最新一代显示技术，是近几年来才新兴的技术。激光作为投影光源最显著的优势就是亮度高和使用寿命长，使得人们不断加大对该光源在投影领域地不断开发与利用。另外激光的色域、色彩和饱和度等各方面的出色表现都在传统电视之上。超低的售后维护成本，超低的光衰，使得激光光源有取代传统光源的趋势，目前生产商对激光投影光源的设计寿命已达10年之久。

但受限于美国国家标准学会、食品管理局、药品管理以及欧盟相关标准：民用激光器不能超过1mW，工业用激光器不能超过5mW，因此所有在售的激光投影机的亮度不可能超过5000流明，但作为最有前途的新兴光源，各大厂商（如BARCO、爱普生、科视、NEC、SONY等）都在进一步试验高亮度的激光投影机，目前最高亮度已经达到了72000流明。此外作为新型光源的投影，激光光源的投影目前的价格较高，尤其是高亮度的投影，加之体积很大，目前还不能被广泛地应用在生活中。

3 中国科技馆新型光源投影的应用

中国科技馆新馆建成于2009年，展厅内现有投影机180余台，且投影种类众多，但大多采用高汞灯灯泡，给展品维护带来了很大的难度。平日馆内展厅观众较多、温度较高、灰尘很大，投影仪在这样恶劣的环境下每天运行近八个小时，使投影机与投影灯泡的寿命大幅降低。而且经过多年使用，很多投影效果已经明显不能达到当初设计要求而影响到了展品展示效果，使展品完好率下降，影响观众参观效果。随着投影机老化程度不断加大，投影机的日常维护消耗也在逐年增加。

鉴于此情况，根据对中国科技馆内投影机的实际使用情况和对展品维护标准的不断探索研究，暂时由不同的亮度需求可以将中国科技馆的投影分为三类，低于3000流明，5000流明左右和10000流明及以上的。

根据LED和激光投影的特点，目前可以用LED投影取代低于3000流明的小型投影机；将5000流明左右的用激光投影替换；由于目前高流明的激光投影价格十分昂贵，10000流明及以上的仍采用目前流行的传统灯源的高亮度工程机。

2014年，中国科技馆已经将部分影响投影效果的低亮度投影更换为LED投影，经过一段时间的运行表明，LED投影完全可以满足低亮度投影的要求。由于激光投影价格较贵，只更换了一台激光投影来替换中高亮度的投影，也达到了相当好的效果。像这样采用高性价比的主流投影机，逐步淘汰那些陈旧过时且不环保的机器，将是未来科技馆发展的大趋势。

4 结语

目前新型光源投影机仍有亟需改进的技术，各大投影生产商仍在不断地加大对新型光源投影机的研究投入。经过近几年的高速发展，越来越多的新型光源已经逐渐出现在了人们的生活中，相信在不久的未来，新型光源的投影机会更加稳定、成熟。

【参考文献】

[1]沈培宏.投影机光源简述[J].灯与照明，2009，33（2）：57-59.

激光电源篇8

关键词：全固体激光器 LD侧面泵浦 实验系统 研究

中图分类号：TN248 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（c）-0016-02

1 绪论

1.1 引言

LD泵浦固体激光器的英文缩写为DPSSL，它的泵浦光是固体半导体激光器发出的，所以可称为全固体激光器。DPSSL集LD与固体激光器的优势于一体，和传统的灯泵固体激光器相比，具有总体效率高、频率稳定性好，使用寿命长、使用简便还有可以全固体化等优点。

随着激光二极管技术的发展、日益成熟，国内外对LD侧面泵浦全固体激光器的研究已有了很大的进展。目前，LD侧面泵浦全固体激光器不仅在光通信、光盘贮存、激光打标、条形码扫描、测量还有医疗等领域获得了广泛应用，而且已被广泛用于制导、测距、打靶还有引爆等重要领域。

这种激光器发展极快，20世纪90年代就已从实验室阶段走上了产业化和商品化阶段，近几年来，国外市场上成型的产品有1.06 nm，532 nm，355 nm，266 nm， 430 nm，473 nm，2100 nm等连续与脉冲激光器，国内的绿光激光器也已形成产业化。现阶段，LD泵浦全固体激光器的相关配件已经标准化、商品化，其相关产品已经在市场中占有主导地位。可是，尽管半导体泵浦的固体激光器在理论与技术上都已达到了相当成熟的地步，具体的细节问题上还存在困难需要深入研究。与其他类型的激光器研究类似，对DPSSL的研究重点主要是围绕着提高转化效率、提高光束质量、降低噪声、实现单频、获得新波长还有实现腔内调制等进行的。

1.2 LD泵浦全固体激光器的基本原理

LD泵浦固体激光器是以固体半导体激光器发出的激光为泵浦源，集LD与固体激光器的优势为一体，具有总体效率高、频率稳定性好，使用寿命长、使用简便还有可以全固化等优点。下面以输出波长为808 nm的LD泵浦Nd3+：YAG晶体为例，介绍LD泵浦基本原理。

当注入半导体激光二极管电流高于阈值电流的时候，发射光谱的宽度会急剧变窄，谱线中心波长的强度会迅速增加而形成激光输出。它虽然比普通的光单色性好，但是因半导体的特殊电子结构，受激复合辐射是发生在由许多子能级组成的导带与价带之间，所以激光谱线宽度比固体或者气体激光器宽得多。在室温下，GaAs激光器发射的激光谱线宽度约为几个纳米；而且激光器在超过阈值电流的时候，发射光谱会出现多个峰。而且峰值波长会随温度的不同而改变，在低温的时候为840 nm，室温时为902 nm。实验证明：随着温度的升高，峰值波长会向长波移动。所以可利用改变温度来移动波长，使之与Nd3+：YAG的吸收光谱相匹配。由于Nd3+∶YAG激光介质在808 nm附近有三个吸收峰，其中808 nm处的吸收系数最大，其吸收宽度约为1 nm，而LD激光波长在810 nm处有较窄的谱线宽度，与Nd3+∶YAG正好匹配；但是LD光谱随温度和注入电流变化非常灵敏，为保证光谱匹配，可设置调整LD光谱温度的控制装置。

2 实验分析

2.1 实验系统的搭建

整套LD侧面泵浦全固体激光器实验系统由三大部分组成：光学系统、驱动电源部分还有水冷系统部分。

光学系统中的光学谐振腔是激光器基本组成部分之一，用来加强输出激光的亮度，调节与选定激光波长还有方向的装置。全反镜镀1064 nm高反膜，输出镜镀1064 nm反射率为80%、透过率为20%的膜。平面平行腔可看成是由R1=R2=∞的大曲率半径镜构成的特殊腔型，它很好的利用激活材料的体积，要求在固定体积范围内使腔长尽量长。全反射镜尺寸与输出镜尺寸为φ20 mm×5 mm。激光棒长度l2为65 mm，l1=160 mm；l3=100 mm；工作物质折射率n’为1.82。则总腔长l= l1+l3+l3×n’≈378.3 mm。

LD模块的选择，在选择激光器的工作物质时一般要考虑以下五方面：工作谱线，能得到所要求的输出波长；吸收特性，一方面和激光二极管的输出谱线相匹配，另一方面要有较小的热吸收系数，以便实现较高的能量转化效率；导热系数还有热传递系数，二者越大越能够迅速转移晶体中的热量；热不敏感性要好，折射率等晶体系数随温度的变化要小；机械性能合乎要求，形变系数小，强度大。耦合技术与散热技术的选择也以激光晶体为出发点的。

LD侧泵固体激光器需要LD连续的运转，因此需要一个能提供合适电压和电流的低压直流电源。但为达到激光二极管高效可靠的运转，仅有电源是不够的。激光二极管的串联电阻值很低，因此，为了有效的转换能量，必须将电源的内电阻降到最低。其次，激光二极管受到电损伤的概率较高，所以过电压、反向偏压和电流保护都是电源设计中很关键的因素。本套实验系统采用GT OPTICS的GTDC2020S型驱动电源。输入电压是220 V±20%，输出电压是0～20V，输出电流是0～20 A。

由于LD的输出功率还有退化机理和温度密切相关，对半导体激光器，特别是连续运转的LD，必须采用制冷措施与温度控制，使它能够在恒定温度下工作，以保证激光器工作的稳定性。

本套实验系统所采用的LD模块要求工作水温为20 ℃，因此实验时将水温设置在20 ℃，温差目前定为1 ℃（温差设置不应太小，以免压缩机启动过于频繁，会造成故障），水的实际温度在温差范围内变化。开机5 s后水泵开始运行，压缩机延时20 s后运行，主机运行指示灯由闪亮转变为恒亮。除了出现故障外，压缩机与水泵不停运行。注意：冷水机有报警功能，当温度代码显示窗显示E03报警时，需按开/关键将其关闭，重新接电后恢复正常状态。

激光水冷机是采用深圳东露阳公司的PH-LW16～72型。它的水温设定范围是5～25 ℃，水温最小波动范围为±0.5 ℃，水泵功率为550 W，使用电源为220 V/50 Hz。

2.2 装调及选模实验

2.2.1 平-平腔做装调实验

接通总电源，按下冷水机开关，5 s左右的延时后水冷系统开始工作。30 s左右的延时后冷水机引出的插座开始给LD模块电源供电。启动LD模块电源ON和工作开关START，逐渐增大电流至9.0 A左右，电流要控制在18 A以下（关闭时反向进行），微微调整全反镜和输出镜至有光产生。

观察到激光输出后，逐渐减小注入电流到产生激光的临界点，记录下阈值电流。从阈值电流开始逐渐加大电流，记录输入的电压，同时记录输出的功率，根据η=P输出/P输入=P输出/I*U计算转换效率，绘制P-I曲线。绘制的P-I曲线如图1所示。

2.2.2 平-平腔做选模实验

在LD模块和输出镜之间加小孔光阑，将小孔中心调整到光轴上，通过KTP倍频晶体和扩束镜观察模式的变化，选择能量均匀的单横模，改变电流，测量输出功率，并绘制P-I曲线，这里扩束镜将光斑直径从3 mm扩大到9 mm，放大了3倍，因此能够很清楚的观察模式。绘制的P-I曲线如图2所示。

在进行装调与选模实验时应注意以下几点：严格按照时序关系，保证水路正常循环后再给LD模块和声光盒供电，以免损坏激光棒和声光晶体；电流应控制在18 A以下（静态激光阈值电流：7.4 A左右）；当冷水机温度代码显示窗显示E03报警时，马上关掉冷水机，再重新开启；对阈值电流和P―I关系的测量应在开机半小时以后激光器稳定工作时测量；激光器停止工作后，尽快关掉冷水机，以免结露。

3 结语

实验系统还存在着一些待解决的问题。由于谐振腔腔长、小孔尺寸等因素，实验中观测到的模式并不是很好。另外，系统的稳定性也不是很好，经过移动后需要重新调节光路。所以，以后还要继续对实验系统进行优化设计。

参考文献

[1] 张玲，杨少辰，李文博.LD侧面泵浦Nd：YAG激光器的热效应研究[J].激光器技术，2003，33（1）：37-39.

激光电源篇9

【关键词】半导体激光器；驱动器；PID控制；STM32

半导体激光器是实用中最重要的一类激光器。半导体激光器具有转换效率高、体积小、重量轻、可靠性高，能直接调制等优点。由于半导体激光器的这些优良特性，因而越来越广泛地被用于国防、科研、医疗、光通信等领域[1]。由于半导体激光器的输出光强主要受电流和温度两个物理量影响，因此实现半导体激光器驱动电流和温度的精密控制十分重要[2-3]。

本文设计了一套完善的半导体激光器驱动控制系统。系统采用的微控制器是基于Cortex-M3内核的ARM微控制器STM32F103VCT6，其具有低成本、低功耗等特点[4]，并以TEC驱动器MAX1968为执行器件，MAX1968能高效率工作以减小热量，而且体积小，系统外部元件少，因此设计的驱动器具有高性价比和高集成度等优势。

1.硬件系统设计

采用激光器为内带背光检测器，半导体热电制冷器（TEC）和热敏电阻集成的半导体激光器，而半导体激光器激励方式为电注入[5]，半导体激光驱动器系统的原理如图1所示。STM32F103VCT6通过ADC采集热敏电阻、MAX1968和背向光二极管信号的电压信号。为了保证所采集电压的真实性和准确性，在ADC转换前必须对所要采集的信号进行滤波和放大处理。然后STM32F103VCT6对采集到的电压信号进行处理、计算得到当前半导体激光器的实际工作温度和电流。最后根据当前半导体激光器工作的温度、电流进行PID算法的运算，产生控制信号通过DAC来控制TEC控制器MAX1968，让其去驱动半导体激光器的TEC，从而控制半导体激光器的电流和温度。同时，STM32F103VCT6和计算机之间通过串口MAX3232进行通信，这样既可以将半导体激光器的工作状态数据发给计算机进行实时显示和记录，也可以通过计算机发送控制指令，很方便的调节目标温度、目标光强等参数，满足不同的实际需要。系统框图如图1所示。

1.1 主控单元

本文使用ST（意法半导体）公司生产的STM32F103VCT6作为核心控制模块，它比单片机功能更强，它是基于Cortex-M3内核的32位高速ARM微处理器，拥有3个12位精度采样的ADC，每个ADC共用多达21个外部通道，ADC的时钟频率最高为14MHz，即它的采样时间最短为1us；2个12位的DAC；4个中断源；16内核68个外部；16级可编程中断优先级，实时响应外部中断，映射至几乎所有IO口，完全满足设计的要求。根据其典型电路设计的中控单元电路如图2所示。图2中，STM32F103VCT6采用ADC通过PININ、RT1IN和ITECN三个接口分别采集背向光检测器、热敏电阻和MAX1968的数据信息；采用DAC通过ICONTROL和TCONTROL1口控制MAX1968来实现温度和电流的反馈控制；同时，利用RX103和TX103与上位机进行串口通信。

1.2 温控控制模块

采用MAX1968芯片来实现整个系统的温度控制。MAX1968是一款适用于Peltier TEC模块的开关型驱动芯片，工作于单电源，能够提供±3A双极性输出，激光器控制电路利用热敏电阻反馈激光器管芯温度，控制电路将其与给定电压比较，进行相应硬件或算法处理后，输出一定电压给热电制冷器（TEC），TEC根据流过电流的方向，对激光器进行制冷或加热，使激光器温度稳定在所要求的值。激光器的温控系统必须满足控制精度高、温度稳定性好的要求，而且它必须是双向控制的，以适应外界温度变化和激光功率的变化。

MAX1968主要由两个开关型同步降压稳压器组成，在两个同步降压稳压器输出端配有高效MOSFET，由LX1、LX2引出，经过LC滤波驱动TEC。两个稳压器同时工作产生一个差动电压，直接控制TEC电流，实现TEC电流的双向控制，双极性工作避免了线性驱动所存在的“死区”问题，以及轻载电流时的非线性题目，能够实现无“死区”温度控制。外部控制电路的输出电压加在TEC电流控制输进端CTL1，直接设置TEC电流。一般TEC+接OS2，TEC-接OS1，OS1和OS2不是功率输出，而是用来感测通过TEC的电流，流过TEC的电流由下式确定：

式中：RSENSE为TEC电流的感应电阻；VCTL1为外部控制电路的输出电压；VREF为参考电压（1.5V）。

假设正向电流为加热，则VCTL1>1.5V为加热，电流的流向从OS2到OS1，OS1、OS2、CS这3个引脚的电压关系为：VOS2>VOS1>VCS，反之则制冷。开关稳压器是按周期运作的，以把功率传输到一个输出端，这种转换方法会在基频及谐波上产生很大的噪声分量，但是在MAX1968中是相位转换并提供互补同相工作周期，所以纹波波形大大减小，抑制了纹波电流和电气噪声进进TEC模块，进而影响LD工作性能。FREQ用来设置内部振荡器的开关频率，当FREQ接地频率为500kHz时，FREQ接电源频率为1MHz。MAX1968片内带有的MOSFET驱动器，减少了外部元件，芯片工作在较高的开关频率下，可以用更小的电感和电容，从而减少PCB（印制电路板）的面积、降低本钱，对于实现激光器的小型化与智能化具有极其重要的作用[6]。利用MAX1968设计出的温控系统如图3所示：

1.3 电流驱动保护模块

实际操作中，电流难免会出现波动，而这种波动在某种程度上会严重影响半导体激光器的性能，严重时甚至会烧坏半导体激光器。因此在该激光驱动器的电路中设计了一个电流驱动保护模块。如图4所示。这个电流驱动保护模块主要由一个稳压二极管D6，瞬变二极管D7和电阻R29构成。其中D7的主要作用是防止反向瞬变电压的冲击，即当半导体激光器的两端电压发生突变时，半导体激光器两端的电压的变化不会太大。R29的作用是防止半导体激光器的两端出现静电。如果系统中半导体激光器的两端出现静电，那么存在的静电将会流过R29的两端，这样可以保证对于半导体激光器不会产生影响。D6稳压二极管的作用则是稳定半导体激光器两端的电压。由图可知，当电压超出预定电压时，稳压二极管将会被击穿，电流会直接经过稳压管所在的支路直接接地，而不会经过半导体激光器所在的支路，这样可以对半导体激光器起到稳压与保护的作用。

2.软件系统设计

2.1 模糊PID算法设计

一般控制过程存在不同程度地非线性、大滞后、参数时变性和模型不确定性，因而普通的PID控制器难以获得满意的控制效果[7]。系统采用模糊控制与PID控制器相结合构成模糊PID控制器。模糊控制是以人的思维判断方法形成模糊控制规则，在模糊规则的基础上以模糊量作为实际控制的依据。利用模糊控制给PID控制器在线自根据PID参数自整定原则，其结构框图如图5所示。该模糊控制器以采集到真实值与理想值之间的偏差值E和偏差变化率EC为输入变量，以PID的参数、和为输出变量。通过控制参数、和的调节可对控制效果进行调整，最佳的、、值需要根据实验进行选择。

2.2 系统主程序设计

系统软件程序主要包括数据采集和稳定控制。图6是主程序流程图：

系统上电后首先初始化嵌入式微处理器和外设，其次设置中断服务子程序，开中断。主控芯片STM32F103VCT6使用内部集成的ADC模块，采集半导体激光器模块当前的温度、功率的数据，并对数据进行一定的处理。首先，调节半导体激光器的温度，根据实际温度值与基准值的偏差选择相应的操作，如果温度偏差为负，则进行提高反向电流的操作；如果温度偏差为正，则进行提高正向电流的操作。其次，调节驱动电流，根据实际功率值与基准值的偏差选择相应的操作，如果功率偏差为负，则进行增大驱动电流的操作；如果功率偏差为正，则进行减小驱动电流的操作。通过温度与功率的反复循环调节，逐渐使系统输出达到平衡稳定的状态，STM32通过串口把相关的数据信息实时传输到上位机，上位机可以显示半导体激光器的工作状态，并且上位机也可以向STM32发送相应的指令，控制系统的运行状况。

3.系统测试

根据以上思路设计的光源驱动器实物如图7所示。

系统选择光强控制量为3.4mW，温度控制量为0.4℃，计算机上位机以LabVIEW为操作控制界面。图9和图10分别为从LABVIEW显示界面上显示温度和光强检测图。

对比可知，目标量初始改变幅度较大，越接近目标量时，步长越来越小，稳定性很好，系统达到稳定状态的时间也比较短。当进行大幅度调节即输入任意键值改变目标量时，系统可正常运行，达到了温度控制精度±0.03℃，激光输出功率稳定度±0.002dB，可见该驱动器设计正确，且精度高。

4.结论

系统采用低成本、低功耗的ARM微控制器STM32F103VCT6，驱动芯片MAX1968为核心器件，并以模糊PID计算控制量设计与实现了基于STM32的半导体激光光源驱动器。实验结果表明：该半导体激光光源驱动器温度控制精度高，性能稳定，具有易于开发、高性价比和高集成度等优点，满足半导体激光光源驱动器在实际工程上的应用，具有很好的实用性。

参考文献

[1]栖原敏明.半导体激光器基础[M].周南生译.北京：科学出版社，2002.

[2]徐辉，杨昌茂，车振.半导体激光器的温度特性分析与设计思路[J].水雷战与舰船防护，2008，16（4）：5l-53.

[3]张书云，孔德超，李书蝶等.带有半导体激光器寿命检测的驱动电源的设计[J].激光杂志，2007，28（5）：8l-82.

[4]张勇，董浩斌.基于STM32和LabVIEW的地震数据采集卡的设计[J].电子技术应用，2012，38（10）：72-74.

[5]李峻灵.半导体激光器功率稳定性的研究[D].哈尔滨理工大学，2007.

激光电源篇10

关键词：激光照明；硬件设计；软件设计

中图分类号：TN24 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）18-4331-03

近年来激光技术的不断发展及广泛应用，推动了其它行业产品的发展。例如：卫星激光通信、大气检测、医学成像、材料加工、跟踪侦查、微光夜视和图像处理等。该文主要介绍激光照明技术在成像中的应用。

热成像系统在遇到强光、微光或者无光的情况下，系统成像不清晰，只能看到物体的轮廓，甚至看不到图像，而且很容易受到温度等外界环境的影响。而激光可以穿透树叶、大雾、暴风、雷电、玻璃等介质，所以它能应用于全天候的成像，并且效果比传统的成像效果好。激光照明成像应用范围很广，比如安防、侦查、监控、航天航空、制导引信等领域。因此，研究激光照明技术具有重要的意义和实用价值。

1 系统的工作原理

半导体激光发光是基于电光效应，通过电子空穴对复合而产生激光的。在加电压时，电子空穴对的反转使得粒子数反转分布，从而激光高能级的部分粒子自发跃迁到低能级，产生光子，产生的光子一部分发射出去，而另一部分被反射回激光介质，诱发新的光子，产生新的辐射，进行循环正反馈的过程，当光腔内的光子达到稳定状态时，产生稳定的激光输出。

[n光子数光子态数=W21A21] （1）

其中光子简并度[n] >1，定义为一个光子态中平均光子数；[W21]受激跃迁概率，[A21]为自发跃迁概率。必须使得[n]>1，才能产生粒子数反转、光子数增多，进而使系统发出稳定的光，给系统进行照明。

系统是通过滤光把不需要波段的光滤掉，避免对成像造成干扰，从而使激光单位面积内的光能量要大于相应太阳光光谱段的能量才能清晰成像。

2 激光照明系统的软硬件设计

激光照明系统要保证在微光夜视或天气恶劣的情况下能清晰成像，就必须保证照明系统的质量。因此，系统可以根据被测目标物体的大小、远近进行光斑大小、焦距及其光强度的调制。激光脉冲越窄，能量越集中，照射的距离越远，激光光斑的均匀性对系统性能的影响也很大。因此，系统整体设计时，应考虑到焦距的调整、脉冲宽度的调整、激光强度的调整。系统主要分为以下几个部分：I.供电电源部分，主要包括AC-DC和DC-DC的变换模块。II.激光信号调制部分，包括FPGA，DDS输出信号的V＼A转换，驱动芯片和激光器。 III.温度控制部分，激光器发光工作过程中可能会产生过高热量，因此，要对整个系统的温度进行控制。系统硬件设计框架图如图1。

系统的工作原理：

在供电电路正常稳定工作的情况下，系统通过串口输入调制激光的光强、激光光斑的大小，激光的焦距等，并根据串口写入的数据要求，FPGA输出所需的DDS调制信号，调制信号输出后，经过V＼A转换，放大之后，驱动激光器发光。由于光纤具有方向性灵活的特点，使激光器发出激光耦合到光纤中传输，通过物镜输出给目标物体照明。激光发光过程中发热，使得整个照明系统发热而不能正常工作，因此，需要通过散热片和风扇共同工作进行散热。

2.1 各模块功能描述及其设计

2.1.1 电源模块

电源是整个系统的心脏，它的性能好坏决定着整个系统的好坏，系统要求供电系统纹波小，能够使系统长时间工作而不发生故障。在本文中，照明系统的供电是通过电源进行电压变换、滤波之后输入给系统供电。整个系统中，有些模块是需要12V供电的，有些模块是需要5DC供电的。因此，需要12DC的模块供电是通过AC-DC变换转换为12DC而成，而需要5DC的模块供电是通过DC-DC变换转换为5DC而成。系统采用电网单相供电，经过变压器把电压降低，再经过桥式整流电路后，由LM7812的输出端输出12DC。 LM2596降压电源管理单片集成电路将12DC转换输出为5DC的直流电压，且此芯片具有很好的线性和负载调节特性，可以固定输出3.3DC、5DC、12DC的电压。

2.1.2 信号产生模块

系统的核心部分是激光器的驱动控制部分。最常见的用法是将DDS和计算机技术结合在一起，这是一种很有前景的频率合成技术。和传统的频率合成技术相比，它具有电路简单、设备体积小、成本低的优点。 DDS 技术的应用范围很广，例如接收机本振、信号发生器、通信系统、雷达系统等。数字频率合成器作为一种信号产生装置，它可以根据用户的要求产生相应的波形，具有重复性好、实时性强等优点。因此，可以利用它的信号发生功能，产生驱动激光器的信号源，对信号源进行放大、滤波等处理，继而驱动激光器发光。

DDS调制方法是通过控制DDS信号产生的芯片和存储器的共同协作产生我们所需要的信号波形。该文的目的是设计开发出一个能产生正弦波波形的信号源，直接数字频率合成技术是研制该系统的关键技术。但是由于集成电路的飞速发展，为了进一步缩小体积和节约成本，我们可以通过使用FPGA的资源产生与DDS同样的信号，用驱动放大芯片放大对FPGA输出的信号后驱动激光器发出激光。

FPGA不仅要产生DDS波形信号，也要产生温控芯片和激光参数的控制信号，从而使系统在FPGA的控制下正常运行。该文采用cyclone II系列的FPGA芯片，FPGA通过串口与电脑相连来传输数据，调节激光器的光强、光斑大小、功率、脉宽，信号输出后通过驱动芯片和模拟电路驱动激光器发光。这样虽不如直接用按键的方式调节方便，但是节约了系统的成本和体积。

2.1.3 温度控制模块

由于激光发热，需要将系统温度控制在一定的范围之内，此系统选用LM56作为系统的温控模块。系统通过控制LM56输出端，使输出端的信号控制电源的继电器线圈的通断，从而控制继电器常开触点的通断，以此来控制风扇的运行，使系统工作在所要求的温度范围内。

2.1.4 激光器

系统选用中心波长为808nm半导体激光器，通过系统的设计，设计输出激光器的参数如下：工作中心波长808.0nm，脉冲峰值功率为10w，脉冲宽度为10ns，重复频率为10KHz。

2.2 系统的软件设计

系统通过verilog HDL硬件描述语言进行软件设计。系统软件模块主要分为DDS信号产生模块和温度控制模块。从理论上说，只要满足奈奎斯特定律，系统便可以产生我们需要的任意波形。系统LM56里面的温度传感器检测到温度超过我们所设定的值之后，便启动风扇对系统散热处理，如果工作在正常温度范围内，就不做处理。

其软件设计流程图如图2。

3 测试结果

实验环境：第一组是在漆黑的夜晚，激光强度约为0.5J/m2，中心波长为808nm，成像系统与目标距离为100m；第二组是在强日照的中午，激光强度约为0.5J/m2，中心波长为808nm的激光器，成像系统与目标距离为100m。

在能见度低的夜晚环境条件下，为有激光照明成像图如图3，没有激光照明时成像图如图4；强日照的中午环境条件下，有激光照明成像图如图5，没有激光照明成像图如图6。

4 结论

实验结果表明，有激光照明情况下，拍摄的图像更清晰。由于激光光斑太小、均匀性不好以及大气后向散射对系统的影响，成像效果不理想。因此，我们还需改进系统，进一步提高成像质量。采用距离选通的办法可以有效避免大气散射对系统的影响，提高系统的性噪比，进而提高成像质量。

参考文献：

[1] 徐效文.应用激光主动成像探测小暗目标的技术研究[D].长春：中国科学院长春光学精密机械物理研究所博士学位论文，2004.

[2] 梅遂生，王戎瑞.光电子技术[M].北京：国防工业出版社，2008.

[3] 罗泉，刘芝，刘桂英.基于FPGA的DDS信号源设计[J].广西师范学院学报：自然科学版，2009，26（2）：41-43.