機(jī)載大功率半導(dǎo)體激光信標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)載大功率半導(dǎo)體激光信標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)涂遺;羅向前;金亮【摘要】Inordertocoordinatewiththegrounddetectiontrackingsystemfordetectingtheflighttarget,wedesignedanair-basedmonochromaticbeaconsystem.A40Whigh-powersemiconductorlaserisusedasthelightsourceofthesystem,whichhasacertainbeamdivergence.Asthebeaconsystemshouldmeettherequirementsofsmallerinsize,lighterinweightandfasterinheatdissipatingtofittheair-platform,wedesignedthealuminumshellasfinchipinone-pieceforlaser,whichhelpedsolvetheheatdissipationproblemandreducethesystemweight.Toachievethe60Ahighconstantcurrent,weneedtodrivethe40Wsemiconductorlasermoduleinthelimitedroom,theprincipleofdiphaseoverlaysynchronousandbucktransformationcircuitstructureisadopted.Tomakethelaseroutputpowerandcentralwavelengthstableinhighaltitude,wedesignedthetemperaturecontrolsystemwithdigitalandanaloghybridforheatingorcooling.TheZEMAXisusedtodesignthestructureofthebeamexpanderdevicewithdouble-concavelensgroup,whichcanregulatetheangleofdivergenceofthelightbeam.Byconductingtheenvironmentalassessmentandtest,weprovedthatinthe0°C~15°Cenvironment,thestabilityoftheoutputpowerandthecontrolprecisionofthecentralwavelengthcouldmeettherequirements.%為配合地面探測(cè)跟蹤系統(tǒng)對(duì)飛行目標(biāo)的探測(cè),設(shè)計(jì)了一種以40W緊湊型半導(dǎo)體激光器為光源、具有一定發(fā)散角的機(jī)載式單色信標(biāo)系統(tǒng).由于系統(tǒng)要滿足機(jī)載平臺(tái)加裝體積小、質(zhì)量輕、散熱好的要求,設(shè)計(jì)了一體成型的鰭片式殼體結(jié)構(gòu),解決系統(tǒng)散熱問題的同時(shí),控制了整體質(zhì)量.為實(shí)現(xiàn)在有限體積內(nèi),40W單陣列光纖耦合半導(dǎo)體激光器模塊所需的60A大電流恒流驅(qū)動(dòng)，采用疊相調(diào)制技術(shù)和同步BUCK變換電路結(jié)構(gòu)；為解決激光器在高空低溫環(huán)境下輸出光功率和中心波長能夠穩(wěn)定控制的難題,設(shè)計(jì)了數(shù)?；旌想p向溫控系統(tǒng).利用ZEMAX軟件設(shè)計(jì)了雙凹透鏡組結(jié)構(gòu)的擴(kuò)束裝置,實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光發(fā)散角的發(fā)散和可調(diào)節(jié)?通過環(huán)境考核測(cè)試，系統(tǒng)在0工~15工的低溫環(huán)境下，輸出光功率穩(wěn)定度和波長控制精度均能滿足要求.期刊名稱】《應(yīng)用光學(xué)》年(卷),期】2012(033)006【總頁數(shù)】7頁(P1161-1167)【關(guān)鍵詞】半導(dǎo)體激光器;單色信標(biāo);驅(qū)動(dòng)電路;激光擴(kuò)束裝置【作者】涂遺;羅向前;金亮【作者單位】西北核技術(shù)研究所,陜西西安710024;西北核技術(shù)研究所,陜西西安710024;西北核技術(shù)研究所,陜西西安710024【正文語種】中文【中圖分類】TN248引言在飛行器的飛行科研試驗(yàn)中，往往需要在飛機(jī)平臺(tái)上加裝具有一定光束發(fā)散角的信標(biāo)系統(tǒng)，以配合地面探測(cè)跟蹤系統(tǒng)能夠盡早地發(fā)現(xiàn)和捕獲目標(biāo)。由于LED與LD均具有尺寸小、質(zhì)量輕和低電壓驅(qū)動(dòng)、直接調(diào)制等特點(diǎn)，還具有高單色性和高方向性的優(yōu)良特性［1］，可作為理想的單色信標(biāo)光源。通常情況下，為節(jié)約成本，會(huì)選擇單色LED來實(shí)現(xiàn)。目前，大部分紅色LED的中心波長集中在630nm左右，要研制波長810nm附近的LED存在很多技術(shù)難題，而且要達(dá)到40W的光功率，在質(zhì)量、功耗能方面都無法滿足空中平臺(tái)的要求。而波長在810nm附近的LD有滿足功率要求的成熟產(chǎn)品，且采用光纖耦合輸出方式簡(jiǎn)化了器件的應(yīng)用，使系統(tǒng)在工程實(shí)現(xiàn)上更具備可行性。光纖耦合激光器通過一根多模光纖將激光耦合輸出，其耦合效率能達(dá)到80%以上［2］，使得激光信標(biāo)系統(tǒng)的集成化、實(shí)用化變?yōu)榭尚?。本文在分析機(jī)載平臺(tái)加裝要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種以中心波長810nm、輸出光功率40W的光纖耦合半導(dǎo)體激光器為光源的單色信標(biāo)系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、發(fā)散角可調(diào)等特點(diǎn)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)機(jī)載平臺(tái)特定的空間和結(jié)構(gòu)要求決定了設(shè)計(jì)的信標(biāo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)必須很緊湊，總質(zhì)量不超過2kg。除滿足以上幾個(gè)因素外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)還應(yīng)結(jié)合以下幾方面的要求：1）加裝。易于加裝，且加裝后信標(biāo)系統(tǒng)既要便于調(diào)節(jié)發(fā)散角，又不能影響到平臺(tái)的氣動(dòng)外形。2）減震。有良好的減震措施，確保系統(tǒng)能夠經(jīng)受機(jī)載平臺(tái)在起飛、降落時(shí)帶來的沖擊振動(dòng)。3）散熱。大功率半導(dǎo)體激光器如果沒有有效的散熱措施，大量的廢熱產(chǎn)生會(huì)使器件根本不能工作［3］。而機(jī)載平臺(tái)加裝空間狹小，因此必須采用良好的散熱技術(shù)，既保證激光器能夠正常工作，又使散出的熱量不會(huì)影響到其他機(jī)載設(shè)備工作。4）供電與功耗。機(jī)載平臺(tái)提供的輸入電壓為28V，電流小于10A，要求信標(biāo)系統(tǒng)的最大功耗不超過300W。基于以上分析，本文提出了機(jī)載式激光信標(biāo)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。將LD與散熱、減震以及驅(qū)動(dòng)電路按照要求的尺寸進(jìn)行集成，將這一部分作為信標(biāo)系統(tǒng)的主體安裝于空中平臺(tái)艙內(nèi)；激光通過光纖輸出到空中平臺(tái)艙外，在光纖輸出端加裝一個(gè)能夠使光束發(fā)散的擴(kuò)束裝置，如圖1所示。擴(kuò)束裝置通過一個(gè)二維連接裝置固定在平臺(tái)機(jī)體上，可以按照探測(cè)跟蹤系統(tǒng)的要求靈活地對(duì)光束的朝向進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖1半導(dǎo)體激光信標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖Fig.1Designsketchmapoflaserdiodebeaconsystem由于普通大功率半導(dǎo)體激光器為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)良好散熱，設(shè)計(jì)了較為復(fù)雜的散熱裝置，導(dǎo)致激光器體積大、質(zhì)量大、功耗大，因而無法直接用于信標(biāo)系統(tǒng)集成。為此，需自行設(shè)計(jì)一款滿足要求的大功率LD。大功率半導(dǎo)體激光器設(shè)計(jì)組成與結(jié)構(gòu)為使系統(tǒng)盡可能做到體積小、質(zhì)量輕、成本低，本文在設(shè)計(jì)大功率LD時(shí)，采用了單陣列式光纖耦合半導(dǎo)體激光模塊與驅(qū)動(dòng)溫控電路集成的思路，而且將常用的銅質(zhì)散熱基底改為帶散熱片的鋁制基底。系統(tǒng)選用德國DILAS輸出功率40W、波長在810nm附近、光譜線寬為2nm~3nm的單陣列光纖耦合LD模塊，其配套光纖內(nèi)徑400pm、數(shù)值孔徑0.22。設(shè)計(jì)方案：將LD模塊、溫控驅(qū)動(dòng)電路集成在一個(gè)尺寸為172(L)mmx160(W)mmx55(H)mm—體成型的鋁制機(jī)殼內(nèi)，殼體采用鰭片結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)電路直接實(shí)現(xiàn)將機(jī)上28V供電轉(zhuǎn)換為LD所需的工作電源。LD模塊、溫控系統(tǒng)(TEC)依次固定在紫銅熱沉上，再將LD溫控驅(qū)動(dòng)電路和紫銅熱沉直接加裝在機(jī)箱底部，在機(jī)箱頂部加裝鋁制散熱片，如圖2所示。安裝時(shí)，將整機(jī)固定在減震平臺(tái)上置于空中平臺(tái)艙內(nèi)，散熱片暴露在艙外，利用氣流的對(duì)流使LD模塊和驅(qū)動(dòng)電路工作時(shí)產(chǎn)生的熱量快速轉(zhuǎn)移。圖2大功率半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)圖Fig.2Structureofhigh-powerlaserdiode驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)半導(dǎo)體激光器是理想的電子-光子直接轉(zhuǎn)換器件，有很高的量子效率，微小的電流變化都將導(dǎo)致其輸出光強(qiáng)的很大變化，因此，半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電流要求非常高[4]o半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)技術(shù)通常采用恒流驅(qū)動(dòng)方式[5],目前，LD模塊的電光效率約在40%~50%之間。對(duì)于輸出功率40W的LD模塊，其驅(qū)動(dòng)電流在50A~60A之間，而結(jié)電壓低于2V，需要功率變換電路的效率很高，同時(shí)具備極低的輸出阻抗，否則高達(dá)60A的輸出電流足以產(chǎn)生極大的熱量，從而燒毀功率變換器件。由于研制的40W半導(dǎo)體激光器體積很小，要在如此有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)60A電流的變換，在其驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)上采用了疊相調(diào)制技術(shù)和同步BUCK變換電路結(jié)構(gòu)。通過CPLD完成6相位PWM疊相調(diào)制，其中4相用來實(shí)現(xiàn)并聯(lián)合成等小開關(guān)頻率高達(dá)1200kHz的LD驅(qū)動(dòng)電壓變換；另外2相負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)溫控的H橋驅(qū)動(dòng)。由于驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中由CPLD完成6相位PWM疊相調(diào)制，極大地減小了輸入端的電流波動(dòng)，從而確保了低壓側(cè)的電壓波動(dòng)能夠一直控制在很小的波動(dòng)范圍內(nèi)，降低了對(duì)輸入端電容容量的要求，實(shí)現(xiàn)了在小空間內(nèi)為LD模塊提供精密恒流驅(qū)動(dòng)。2．3數(shù)?；旌想p向溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)半導(dǎo)體激光器發(fā)射波長對(duì)溫度變化非常敏感［6］，當(dāng)環(huán)境溫度和工作電流變化導(dǎo)致激光器熱沉溫度變化時(shí)，發(fā)射波長也跟著變化，波長溫度漂移系數(shù)通常約為0.3nm/oC。由于本文設(shè)計(jì)的激光信標(biāo)系統(tǒng)用于機(jī)載平臺(tái)上的環(huán)境溫度變化很大，而探測(cè)信標(biāo)光的CCD前加裝了帶寬為3nm的單色濾光片，因此必須為系統(tǒng)設(shè)計(jì)高精度的雙向溫控系統(tǒng)，以保證激光信標(biāo)的中心波長能夠保持在（810±0.5）nm范圍內(nèi)。由于系統(tǒng)空間狹小，實(shí)現(xiàn)大功率的熱量轉(zhuǎn)移及加熱等操作必須要簡(jiǎn)化，但又不能喪失控制精度。完全離散化的數(shù)字控制可以實(shí)現(xiàn)控制的響應(yīng)速度，但不可避免地引入了控制回路的量化誤差，容易造成系統(tǒng)在某些特殊情況下進(jìn)入控制回路的震蕩狀態(tài)；而模擬系統(tǒng)可以回避量化誤差，實(shí)現(xiàn)精度的最大連續(xù)性，但在大溫度范圍內(nèi)，很難精確調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)。為了獲得二者的優(yōu)點(diǎn)，回避各自的不足，本文采用了數(shù)字與模擬混合的控制方式，其控制框圖如圖3所示。圖3數(shù)字與模擬混合控制信號(hào)流轉(zhuǎn)示意圖Fig.3Sketchmapofdigitalandanaloghybridcontrolsignalflowing由模擬運(yùn)算電路完成PID運(yùn)算，其控制誤差信號(hào)經(jīng)PWM調(diào)制后進(jìn)入CPLD，通過疊相調(diào)制后將功率開關(guān)的動(dòng)作相位錯(cuò)開，然后由PWM鉗制邏輯監(jiān)控驅(qū)動(dòng)脈寬的大小，確保后級(jí)同步BUCK電路不要進(jìn)入0~5%和95~100%的2個(gè)開關(guān)死區(qū)，引起驅(qū)動(dòng)電路鎖死燒損，同時(shí)直接實(shí)現(xiàn)最大TEC制冷電壓和最大加熱電壓的限制。本文利用2片TEC1-12712進(jìn)行雙向溫度控制，對(duì)大功率半導(dǎo)體激光器致冷和致熱。分析典型TEC的驅(qū)動(dòng)電流與能量搬遷和工作效率曲線，嚴(yán)格控制TEC冷熱端的溫度差異，使電路在有限驅(qū)動(dòng)功率與散熱條件下獲得很高的工作效率。利用CPLD嚴(yán)格限制TEC驅(qū)動(dòng)電壓的變化率，使得TEC的輸入功率變化平緩，在加熱或者制冷狀態(tài)下都能與鋁基散熱器系統(tǒng)匹配。2．4可靠性設(shè)計(jì)由于大功率半導(dǎo)體激光器價(jià)格昂貴，因此，電源的設(shè)計(jì)上要采取有效的措施來保護(hù)激光器［3］。本文采用慢啟動(dòng)、過熱保護(hù)等措施來減少由于浪涌擊穿和散熱不好導(dǎo)致半導(dǎo)體激光器的損壞，以提高系統(tǒng)的可靠性。2．4．1慢啟動(dòng)電路通常情況下,LD要求在18°C以上環(huán)境溫度下啟動(dòng)?？紤]到40W激光器啟動(dòng)時(shí)的高空環(huán)境溫度大約在0°C~10C之間，而過低的溫度極易造成LD模塊內(nèi)部結(jié)露或結(jié)霜，如果盲目通電，可能導(dǎo)致燒毀模塊。另一方面,LD的PN結(jié)非常脆弱，極容易損壞。瞬時(shí)的電流突變，容易使半導(dǎo)體激光器兩端面腔鏡產(chǎn)生損傷造成激光器永久性損壞［7-8］。因此，本文從控制策略與硬件電路結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面入手，設(shè)計(jì)了慢啟動(dòng)電路，其溫度啟動(dòng)與電流啟動(dòng)控制曲線如圖4所示。圖中，T1時(shí)間段內(nèi)，溫控電路處于加熱狀態(tài)，加熱功率緩慢上升到10%附近，并維持T2時(shí)間，板載控制單元MCU會(huì)根據(jù)實(shí)際環(huán)境溫度高低計(jì)算調(diào)節(jié)速度，確保電路和TEC有-個(gè)預(yù)熱緩沖時(shí)間，避免低溫下急劇功率輸入造成器件損壞，待溫度穩(wěn)定在15°C附近時(shí)，進(jìn)入T3時(shí)間段，此時(shí)MCU給出最大約50%的加熱功率指令，驅(qū)動(dòng)電路正常工作,LD溫度超過22C后，進(jìn)入T4時(shí)間段，在T4內(nèi)完成設(shè)定溫度點(diǎn)的趨近;同時(shí)在T3時(shí)間結(jié)束后，大約耗時(shí)30s，此時(shí)低溫環(huán)境下的結(jié)露/結(jié)霜條件已經(jīng)不具備，LD驅(qū)動(dòng)電路開始輸出約5A的閾值電流，在T4結(jié)束后，低溫啟動(dòng)控制脫離，溫控PID運(yùn)算的PWM進(jìn)入控制回路，穩(wěn)態(tài)下，通常TEC將工作在50%附近的加熱或制冷驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下。圖4溫度啟動(dòng)與電流啟動(dòng)控制曲線Fig.4Controlcurveoftemperaturestartandelectriccurrentstart采用慢啟動(dòng)電路，既能保證在功率電流輸入前LD的PN接觸處于安全的非結(jié)露/結(jié)霜溫度范圍，又能保證TEC溫控電路可以在功率點(diǎn)輸入后，迅速將新產(chǎn)生的熱量可靠轉(zhuǎn)移，同時(shí)還消除了高頻沖擊電流對(duì)LD模塊的危害。過熱保護(hù)電路考慮到系統(tǒng)如果出現(xiàn)散熱不好造成內(nèi)部過熱而燒毀LD模塊，設(shè)計(jì)了過熱保護(hù)電路模塊。該模塊能夠在探測(cè)到環(huán)境溫度過高時(shí)切斷LD模塊的驅(qū)動(dòng)電流，從而確保LD模塊的安全。其工作原理是：通過內(nèi)部溫度探測(cè)器對(duì)LD的表面溫度進(jìn)行采樣，濾波后所得值與程序中設(shè)定的溫度極限值比較，如果采樣值大于激光器溫度的極限值，則系統(tǒng)轉(zhuǎn)入溫度異常程序進(jìn)行處理，重新采樣溫度數(shù)據(jù)，再將采樣值與溫度極限值進(jìn)行比較，如果還是大于溫度的極限值，則系統(tǒng)立刻停止激光器的工作。激光擴(kuò)束裝置設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)中探測(cè)系統(tǒng)對(duì)不同光強(qiáng)激光的成像效果，將光功率下降到中心功率一半時(shí)的光束全角定義為發(fā)散角。實(shí)驗(yàn)測(cè)量40W半導(dǎo)體激光器經(jīng)光纖耦合輸出后發(fā)散角約為13°，激光器光場(chǎng)分布如圖5所示。而探測(cè)跟蹤系統(tǒng)需要在一定距離上能夠探測(cè)到信標(biāo)光，要求光纖輸出后光束發(fā)散角能夠增大到60°，這就必須在光纖輸出端加裝一個(gè)激光擴(kuò)束裝置。傳統(tǒng)意義上的激光擴(kuò)束器通過用擴(kuò)大激光束腰直徑的辦法來減小激光發(fā)散角，提高激光發(fā)射的準(zhǔn)直度［9］，而本文中設(shè)計(jì)的擴(kuò)束裝置是實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的發(fā)散。根據(jù)光學(xué)成像原理，凹透鏡能夠?qū)饩€進(jìn)行發(fā)散，若采用單透鏡來實(shí)現(xiàn)，則原理如圖6所示。圖中，a為光纖輸出激光發(fā)散角，6為通過擴(kuò)束后的激光發(fā)散角，|為物距，r為像距,f為透鏡焦距，d為出瞳直徑。根據(jù)透鏡成像公式：公式（1）經(jīng)變換后，得到：取出瞳直徑d二10mm，根據(jù)公式（2）可計(jì)算得出，由13°發(fā)散角擴(kuò)束到60°發(fā)散角所需的凹透鏡焦距f二-10?79mm。根據(jù)公式（1）和公式（2）可以得到：由公式（3）可知，若采用單透鏡，擴(kuò)束后的發(fā)散角越大則要求單透鏡距光纖輸出面的距離越遠(yuǎn)，導(dǎo)致擴(kuò)束裝置設(shè)計(jì)的長度越長。為使擴(kuò)束裝置加裝后不影響機(jī)載平臺(tái)的氣動(dòng)外形，做到尺寸盡可能小，因此考慮采用2個(gè)凹透鏡來實(shí)現(xiàn)。另一方面，為提高光斑的均勻性，擴(kuò)束裝置研制中需進(jìn)行像差設(shè)計(jì)。對(duì)于擴(kuò)束裝置光學(xué)系統(tǒng)的像差分析只需考慮其單色像差，包括球差、彗差、像散、場(chǎng)曲和畸變［10］。彗差越大，軸外點(diǎn)光束經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)的成像越不對(duì)稱，將降低光斑分布均勻性。軸外點(diǎn)的像差場(chǎng)曲和像散，由于其引起像平面的彎曲而容易使彌散斑成像失去對(duì)稱性，從而降低光斑的均勻性?；兊漠a(chǎn)生將改變軸外物點(diǎn)在理想像平面的成像位置，在一定程度上也將對(duì)光斑均勻性產(chǎn)生影響［11］。而采用凹透鏡組可以減小像差［12］，提高成像質(zhì)量。設(shè)選取的凹透鏡表面曲率半徑是r1和r2,K9玻璃的折射率n二1.51,根據(jù)單透鏡元件的光焦度F定義，則有：若2個(gè)透鏡中間空氣間隔為L，則組合后系統(tǒng)光焦度為利用ZEMAX軟件對(duì)雙凹透鏡組的成像過程進(jìn)行模擬計(jì)算，如圖7所示，結(jié)合公式（5）給出了光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，其中，透鏡1的曲率半徑ra=11.45mm,透鏡2的曲率半徑rb二20.66mm，透鏡間隔L二8mm。圖7雙凹透鏡組擴(kuò)束光纖追跡Fig.7Ray-tracingofdouble-concavelensgroup根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，結(jié)合在機(jī)載平臺(tái)外部加裝的尺寸要求，考慮到實(shí)際應(yīng)用時(shí)的可操作性，設(shè)計(jì)了螺紋傳動(dòng)式的擴(kuò)束裝置結(jié)構(gòu)，如圖8所示。擴(kuò)束裝置由凹透鏡組、主鏡筒、活動(dòng)鏡筒和防轉(zhuǎn)螺釘組成。主鏡筒一端是連接激光器輸出光纖的標(biāo)準(zhǔn)SMA905接頭。主鏡筒與活動(dòng)鏡筒間是精密螺紋，通過擰動(dòng)活動(dòng)鏡筒帶動(dòng)透鏡組在鏡筒中前后移動(dòng)，改變透鏡組與光纖輸出端之間的光學(xué)間隔，從而使信標(biāo)光發(fā)散角能夠滿足不同模式試驗(yàn)的需要。圖8擴(kuò)束裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖Fig.8Designdrawingoflaserbeamexpanderstructure環(huán)境考核測(cè)試及結(jié)果4.1低溫考核實(shí)驗(yàn)為考核系統(tǒng)在不同低溫環(huán)境下的運(yùn)行情況和出光功率穩(wěn)定性，同時(shí)檢測(cè)激光器中心波長漂移控制精度，本文將3套激光信標(biāo)系統(tǒng)置于15°、7°、0°3組溫度下開展了考核實(shí)驗(yàn)，每組溫度考核時(shí)間為25min。系統(tǒng)輸出光功率穩(wěn)定度測(cè)試結(jié)果如圖9(a)所示，波長控制穩(wěn)定度測(cè)試結(jié)果如圖9(b)所示。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，系統(tǒng)在低溫環(huán)境下，輸出光功率均在40W以上，中心波長保持在(810±0.5)nm范圍內(nèi)，完全滿足半導(dǎo)體激光器的要求。4．2沖擊振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)機(jī)載設(shè)備的抗沖擊能力要求是20g，抗振動(dòng)能力要求是(20~33)Hz雙振幅振動(dòng)，振幅0?91mm;(33~500)Hz等加速度正弦振動(dòng)，加速度2g。按照以上要求，在室溫條件下對(duì)信標(biāo)系統(tǒng)開展了沖擊振動(dòng)實(shí)驗(yàn)。室溫下(環(huán)境溫度約23。0,測(cè)得3套激光信標(biāo)的輸出光功率見表1。沖擊實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)采用冷沖擊模式，沖擊后對(duì)系統(tǒng)加電進(jìn)行測(cè)量，10min左右輸出功率升至常溫下測(cè)量值；振動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)加電，采用功率計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)量輸出功率，待全功率輸出時(shí)開始進(jìn)行振動(dòng)，振動(dòng)時(shí)間為30min。經(jīng)觀察，振動(dòng)過程中系統(tǒng)輸出光功率未發(fā)生變化。表1室溫下3套信標(biāo)系統(tǒng)輸出光功率Table1PowerofthreesetsofLDbeaconsystemsatroomtemperature信標(biāo)系統(tǒng)1#2#3#W40?741?441?8輸出光功率/測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)在施加20g的沖擊后能夠正常啟動(dòng)，模擬機(jī)載平臺(tái)的振動(dòng)條件下能夠照設(shè)定功率正常出光。結(jié)論本文中設(shè)計(jì)的大功率半導(dǎo)體激光信標(biāo)系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)，很好地滿足了機(jī)載平臺(tái)的加裝需要。系統(tǒng)在體積與質(zhì)量嚴(yán)格受限的前提下，從電路結(jié)構(gòu)和控制策略上實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光器模塊的穩(wěn)定恒流驅(qū)動(dòng)。同時(shí)，采用數(shù)?；旌想p向溫度控制技術(shù)，對(duì)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行恒溫控制，從而實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體激光器光功率穩(wěn)定、可靠、準(zhǔn)確輸出。設(shè)計(jì)的擴(kuò)束裝置操作靈巧、調(diào)節(jié)精度能夠滿足使用要求。實(shí)驗(yàn)證明，系統(tǒng)在0工~15工的低溫環(huán)境下，輸出光功率穩(wěn)定度和波長控制精度均能滿足要求?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】馬良柱，宋志強(qiáng)，劉統(tǒng)玉，等?大功率半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電路[J].信息與電子工程，2010，8(4)：441－443，446．MALiang－zhu，SONGZhi－qiang，LIUTong－yu，etal．Powerdrivingcircuitoflaserdiode[J]．InformationandElectronicEngineering，2010，8(4)：441－443，446．(inChinesewithanEnglishabstract)薄報(bào)學(xué)，高欣，王玲，等.808nm波長光纖耦合高功率半導(dǎo)體激光器[J].中國激光，1999,26(3):193-196.BOBao-xue,GAOXin,WANGLing,etal.808nmWavelengthhighpowerfibrecouplingLD[J].ChineseJournalofLasers，1999，26:193-196.(inChinesewithanEnglishabstract)[3]曹三松?高功率半導(dǎo)體激光器評(píng)述[J].激光技術(shù)，2000,24(4):203-207.CAOSan-song.Reviewofhighpowersemiconductorlasers[J].LaserTechnology，2000，24(4):203-207.(inChinesewithanEnglishabstract)王冬，呂勇?調(diào)制型半導(dǎo)體激光器恒流驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010(7):92-94,98.WANGDong,LUYong.Designofmodulationconstantcurrentdrivingcircuitforlaserdiode[J].ModernElectronicsTechnique,2010(7):92-94,98.(inChinesewithanEnglishabstract)FOXR,TMANW,HOLLBERGLS,etal.Precisionspectroscopy,diodelasers,andopticalfrequencymeasurementtechnology[M].Washington:GovernmentPrintingOffice,1998.[6]安振峰，黃科，鄧海麗.808nm波長鎖定大功率半導(dǎo)體激光器列陣[J].微納電子技術(shù)，2011,48(5):296-299.ANZhen-feng,HUANGKe,DENGHai-li.808nmwavelengthlockedhighpowersemiconductorlaserarray[J].MicronanoelectronicTechnology,2011,48(5):296-299.(inChinesewithanEnglishabstract)[7]廖先炳.激光二極管電源及其對(duì)器件性能的影響[J].半導(dǎo)體光電,1994,15(3):229-232.LIAOXian-bing.Laser-diodepowersuppliesanditsinfluenceondeviceperformances[J].SemiconductorOptoelectronics,1994,15(3):229-232.(inChinesewithanEnglishabstract)[8]張書云，朱永濤，杜章永，等?帶有自適應(yīng)過流保護(hù)的LD驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)[J]?應(yīng)用激光，2007,27(6):492-495.ZHANGShu-yun,ZHUYong-tao,DUZhang-yong,etal．A