基于FPGA技術(shù)的高速數(shù)字化半導(dǎo)體光源控制系統(tǒng)研究.pdf

1、基于半導(dǎo)體技術(shù)的激光和寬帶光源器件具有體積小、電流驅(qū)動(dòng)和控制簡(jiǎn)便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，目前已在光纖通信和傳感領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但半導(dǎo)體光源的輸出功率受電流和溫度波動(dòng)影響較大，必須進(jìn)行實(shí)時(shí)控制才能滿足通信和傳感應(yīng)用的要求。本論文在詳細(xì)研究半導(dǎo)體光源的驅(qū)動(dòng)和控制方式的基礎(chǔ)上，采用最新的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列器件(Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)結(jié)合優(yōu)化的數(shù)字控制算法，運(yùn)用雙路并行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了一種高度集成化半導(dǎo)體光

2、源控制系統(tǒng)。 論文中首先在理論上詳細(xì)研究了傳統(tǒng)的比例積分微分(Proportion IntegralDifferention，PID)控制算法，推導(dǎo)了增量式PID控制算法和積分分離式PID控制算法。結(jié)合光源控制的要求，確定了適于半導(dǎo)體光源控制的數(shù)值算法，增加了硬件PID無(wú)法靈活處理的輸出擺幅自動(dòng)調(diào)整功能，大大提高了控制算法的可靠性及輸出的穩(wěn)定性。 論文中提出了一種集成化的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)來控制半導(dǎo)體光源的溫度和輸出功率。以單片

3、FPGA為核心同時(shí)監(jiān)測(cè)光源的溫度和功率的實(shí)時(shí)變化，通過硬件并行高速執(zhí)行PID算法，自動(dòng)調(diào)控光源的注入電流和制冷電流。兩個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)在同一個(gè)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下，完成溫度和功率的控制。 根據(jù)控制結(jié)果整定出比例、積分和微分三個(gè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了良好的溫度和功率實(shí)時(shí)控制。通過對(duì)980nm半導(dǎo)體激光器泵浦的自發(fā)輻射光放大(AmplifiedSpontaneous Emission，ASE)寬帶光源的測(cè)試結(jié)果表明，激光泵浦器件溫度波動(dòng)小于0.01℃，寬帶光