基于FPGA技術的高速數字化半導體光源控制系統(tǒng)研究.pdf

1、基于半導體技術的激光和寬帶光源器件具有體積小、電流驅動和控制簡便等獨特優(yōu)點，目前已在光纖通信和傳感領域得到廣泛的應用。但半導體光源的輸出功率受電流和溫度波動影響較大，必須進行實時控制才能滿足通信和傳感應用的要求。本論文在詳細研究半導體光源的驅動和控制方式的基礎上，采用最新的現場可編程門陣列器件(Field Programmable Gate Array，FPGA)結合優(yōu)化的數字控制算法，運用雙路并行閉環(huán)控制，實現了一種高度集成化半導體光

2、源控制系統(tǒng)。 論文中首先在理論上詳細研究了傳統(tǒng)的比例積分微分(Proportion IntegralDifferention，PID)控制算法，推導了增量式PID控制算法和積分分離式PID控制算法。結合光源控制的要求，確定了適于半導體光源控制的數值算法，增加了硬件PID無法靈活處理的輸出擺幅自動調整功能，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)結構來控制半導體光源的溫度和輸出功率。以單片

3、FPGA為核心同時監(jiān)測光源的溫度和功率的實時變化，通過硬件并行高速執(zhí)行PID算法，自動調控光源的注入電流和制冷電流。兩個閉環(huán)系統(tǒng)在同一個時鐘驅動下，完成溫度和功率的控制。 根據控制結果整定出比例、積分和微分三個參數，實現了良好的溫度和功率實時控制。通過對980nm半導體激光器泵浦的自發(fā)輻射光放大(AmplifiedSpontaneous Emission，ASE)寬帶光源的測試結果表明，激光泵浦器件溫度波動小于0.01℃，寬帶光