【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及激光驅動，具體涉及一種低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統。
技術介紹
1、在引力波探測中，高穩定性激光干涉儀是其關鍵核心部分，其中頻率穩定的激光是最重要的組成部件之一。而單頻光纖激光器獲得穩定的激光輸出需要滿足三個基本條件：第一，粒子數反轉；第二，光學諧振腔腔長；第三，激光器的閾值條件。
2、是在光學諧振腔腔長和激光器閾值這兩方面進行研究。常用的技術有pzt調制技術和電流波長調制技術。pzt調制技術是指pzt在電場的作用下會發生機械形變，根據此特性將其粘在光纖激光器的內部摻雜光纖上，通過對pzt施加不同的電壓，激光器內部摻雜光纖將會受到不同拉力或壓力，進而改變其諧振腔的腔長或者有源相移光纖光柵的周期，實現光纖激光器輸出頻率的調制。電流調制技術是指通過改變激光器注入的閾值電流進而改變激光器的輸出波長，以達到波長調諧的目的。對于激光器穩頻而言，單一的pzt調制和電流調制技術不能很好的實現穩頻的目的，因為單頻激光器腔內所采用的光柵以及整體腔長對溫度十分敏感，在進行pzt調制過程中，腔體內的溫度會產生劇烈的變化，這會影響pzt的調制頻率性能。本文針對腔體溫度的影響，提出一種溫度調制技術，對激光器的諧振腔溫度進行單縱模調制，并且加入pzt調制接口和電流調制接口，且為了低噪聲處理，本文電路加入噪聲抑制模塊，實現低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器。
3、這種低噪聲多調制接口的方式可以有效地補償激光器的非線性特性和溫度變化對頻率穩定性的影響，提供高度精確的光源穩定性。低噪聲多調制接口的半導體激光器驅動技
技術實現思路
1、針對上述
技術介紹
中存在的技術問題，本專利技術提出了一種低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統，其構思合理，實現了對單頻光纖激光器的電流調制、pzt調制、溫度調制多調制接口應用，可為單頻光纖激光器提供多調制接口的目的，設計更為簡單且成本低。
2、為解決上述技術問題，本專利技術提供的一種低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統，其包括微控制器模塊、電流調制單元、壓電陶瓷調制單元、溫度調制單元和單頻光纖激光器；所述電流調制單元、壓電陶瓷調制單元和溫度調制單元均一端電連接所述微控制器模塊，另一端電連接所述單頻光纖激光器；
3、所述電流調制單元包括恒流驅動模塊、噪聲抑制模塊、第一信號源和電流調制模塊；所述恒流驅動模塊分別與所述微控制器模塊、所述電流調制模塊和所述噪聲抑制模塊電連接，所述噪聲抑制模塊與所述單頻光纖激光器電連接；所述電流調制模塊還與所述第一信號源電連接，用于將所述第一信號源發出的信號進行調諧后輸入所述恒流驅動模塊以生成驅動電流從而驅動所述單頻光纖激光器工作；所述恒流驅動模塊接收由所述電流調制模塊輸出的控制信號，并輸出調制電流至所述噪聲抑制模塊，再由所述噪聲抑制模塊通過噪聲抑制網絡達到低噪聲輸出電流來調制所述單頻光纖激光器，以實現對輸出到所述單頻光纖激光器的電流進行控制；
4、所述壓電陶瓷調制單元包括壓電陶瓷驅動模塊、壓電陶瓷模塊、壓電陶瓷調制模塊和第二信號源；所述壓電陶瓷調制模塊的信號輸入端電連接所述第二信號源，信號輸出端電連接所述壓電陶瓷驅動模塊；所述壓電陶瓷驅動模塊還分別與所述微控制器模塊和壓電陶瓷模塊電連接，所述壓電陶瓷模塊與所述單頻光纖激光器電連接；所述壓電陶瓷驅動模塊接收所述壓電陶瓷調制模塊輸出的控制信號，控制所述壓電陶瓷模塊產生相應的微小位移振動來調節所述單頻光纖激光器的dbr諧振腔，以實現所述單頻光纖激光器的腔長調節；
5、所述溫度調制單元包括制熱模塊、溫控模塊、溫度調制模塊和第三信號源；所述溫度調制模塊的信號輸入端電連接所述第三信號源，信號輸出端與所述制熱模塊電連接；且所述制熱模塊還分別與所述溫控模塊和單頻光纖激光器電連接；所述制熱模塊接收所述溫度調制模塊輸出的控制信號；所述溫控模塊用于控制所述制熱模塊在一個恒定溫度下進行調制，其與所述微控制器模塊電連接并受所述微控制器模塊控制；所述制熱模塊接收所述溫度調制模塊輸出的控制信號，以對所述單頻光纖激光器進行溫度調制；
6、所述微控制器模塊用于設定所述恒流驅動模塊的驅動電流值、所述溫控模塊的控溫工作點以及保存當前工作點為開機設置的工作點。
7、所述低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統，其中：所述恒流驅動模塊的電路由低噪聲電源模塊、發光二極管ld1、n-mos場效應管q1、電阻r5、電阻r7～r10、電容c3、第二運算放大器opa2和第三運算放大器opa3組成；
8、所述低噪聲電源模塊由依次連接的線性穩壓器ldo、同步直流降壓變換器dcdc和lc濾波器組成，以輸出干凈又低噪聲的電源；
9、所述發光二極管ld1的陽極端電連接所述低噪聲電源模塊，陰極端電連接所述n-mos場效應管q1的漏極；所述n-mos場效應管q1的柵極電連接所述電阻r5并通過所述電阻r5電連接至所述第三運算放大器opa3的輸出端，所述n-mos場效應管q1的源極電連接所述電阻r10并通過所述電阻r10接地；所述第三運算放大器opa3的同相輸入端電連接所述電流調制模塊；所述電阻r8的一端電連接所述n-mos場效應管q1的源極，另一端電連接所述第二運算放大器opa2的同相輸入端；所述電阻r7的一端電連接所述第二運算放大器opa2的反相輸入端，另一端電連接所述第二運算放大器opa2的輸出端；所述電阻r9的一端接地，另一端電連接所述第二運算放大器opa2的反相輸入端；所述電容c3的一端電連接所述第二運算放大器opa2的輸出端，另一端電連接于所述電阻r7與電阻r9之間的連接點。
10、所述低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統，其中：所述低噪聲電源模塊為達到低噪聲的目的，可采用線性穩壓器或同步直流降壓變換器加電感電容低通濾波器的方式。
11、所述低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統，其中：所述噪聲抑制模塊的電路由電阻r6、電阻r11和電容c4組成；所述電阻r6的一端電連接所述第二運算放大器opa2的輸出端，另一端電連接所述第三運算放大器opa3的反相輸入端；所述電阻r11的一端電連接所述第三運算放大器opa3的反相輸入端，另一端電連接所述電容c4并通過所述電容c4連接至所述第三運算放大器opa3的輸出端。
12、所述低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統，其中：所述電流調制模塊由電阻r1～r4、電容c1和第一運算放大器opa1組成；所述電阻r1的一端電連接所述微控制器模塊，另一端電連接所述第一運算放大器opa1的同相輸入端；所述電阻r2的一端電連接所述第一信號源，另一端也電連接所述第一運算放大器opa1的同相輸入端；所述電阻r3的一端電連接所述第一運算放大器opa1的輸出端，另一端電連接所述電阻r4并通過所述電阻r4接地；所述第一運算放大器opa1的反向輸入端電連接于所述電阻r3與電阻r4之間的連接點；所述電容c1的一端本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統，其特征在于：所述系統包括微控制器模塊(1)、電流調制單元、壓電陶瓷調制單元、溫度調制單元和單頻光纖激光器(8)；所述電流調制單元、壓電陶瓷調制單元和溫度調制單元均一端電連接所述微控制器模塊(1)，另一端電連接所述單頻光纖激光器(8)；
2.如權利要求1所述的低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統，其特征在于：所述恒流驅動模塊(2)的電路由低噪聲電源模塊、發光二極管LD1、N-MOS場效應管Q1、電阻R5、電阻R7～R10、電容C3、第二運算放大器OPA2和第三運算放大器OPA3組成；
3.如權利要求2所述的低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統，其特征在于：所述低噪聲電源模塊為達到低噪聲的目的，可采用線性穩壓器或同步直流降壓變換器加電感電容低通濾波器的方式。
4.如權利要求2所述的低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統，其特征在于：所述噪聲抑制模塊(3)的電路由電阻R6、電阻R11和電容C4組成；所述電阻R6的一端電連接所述第二運算放大器OPA2的輸出端，另一端電連接所述第三運算放大器OP
5.如權利要求2所述的低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統，其特征在于：所述電流調制模塊(9)由電阻R1～R4、電容C1和第一運算放大器OPA1組成；所述電阻R1的一端電連接所述微控制器模塊(1)，另一端電連接所述第一運算放大器OPA1的同相輸入端；所述電阻R2的一端電連接所述第一信號源，另一端也電連接所述第一運算放大器OPA1的同相輸入端；所述電阻R3的一端電連接所述第一運算放大器OPA1的輸出端，另一端電連接所述電阻R4并通過所述電阻R4接地；所述第一運算放大器OPA1的反向輸入端電連接于所述電阻R3與電阻R4之間的連接點；所述電容C1的一端電連接所述第一運算放大器OPA1的輸出端，另一端電連接于所述電阻R3與電阻R4之間的連接點；所述第一運算放大器OPA1的輸出端連接至所述第三運算放大器OPA3的同相輸入端。
6.如權利要求1所述的低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統，其特征在于：所述壓電陶瓷調制模塊(10)由電阻R11～電阻R15、第四運算放大器OPA4、第五運算放大器OPA5組成；
7.如權利要求6所述的低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統，其特征在于：所述壓電陶瓷驅動模塊(4)由電阻R16～R20、第六運算放大器OPA6、電容C5、NPN型三極管Q2、PNP型三極管Q3和高壓模塊組成；
8.如權利要求2所述的低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統，其特征在于：所述溫度調制模塊(11)包括線性電壓源；所述線性電壓源的一端電連接所述第三信號源，另一端電連接所述LC濾波器的一端；所述LC濾波器的另一端電連接所述制熱模塊(6)；
9.如權利要求1所述的低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統，其特征在于：所述溫控模塊(7)包括溫度比較放大器、補償網絡、PWM驅動器、H橋和TEC模塊；所述TEC模塊包括熱電制冷器和熱敏電阻NTC；所述溫度比較放大器的一端電連接所述微控制器模塊(1)，另一端通過所述補償網絡電連接至所述PWM驅動器；所述PWM驅動器的信號輸出端電連接所述H橋；所述H橋電連接所述TEC模塊；實際溫度值通過熱敏電阻NTC將溫度信號轉換為電壓信號,該電壓信號輸入到溫度比較放大器進行放大并與設定的目標溫度對應的電壓值進行比較,產生誤差信號，輸出誤差信號電壓值通過所述補償網絡輸出到所述PWM驅動器以驅動所述H橋，由所述H橋控制所述TEC模塊制熱或制冷,再由所述熱敏電阻NTC對所述TEC模塊的溫度進行采樣并反饋回到溫度比較放大器形成閉環控制。
10.如權利要求1所述的低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統，其特征在于：所述微控制器模塊(1)由STM32單片機以及與所述STM32單片機電連接的上位機PC、數字模擬轉換器、IO口、模擬數字轉換器、電源和FLASH數據存儲組成。
...【技術特征摘要】
1.一種低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統，其特征在于：所述系統包括微控制器模塊(1)、電流調制單元、壓電陶瓷調制單元、溫度調制單元和單頻光纖激光器(8)；所述電流調制單元、壓電陶瓷調制單元和溫度調制單元均一端電連接所述微控制器模塊(1)，另一端電連接所述單頻光纖激光器(8)；
2.如權利要求1所述的低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統，其特征在于：所述恒流驅動模塊(2)的電路由低噪聲電源模塊、發光二極管ld1、n-mos場效應管q1、電阻r5、電阻r7～r10、電容c3、第二運算放大器opa2和第三運算放大器opa3組成；
3.如權利要求2所述的低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統，其特征在于：所述低噪聲電源模塊為達到低噪聲的目的，可采用線性穩壓器或同步直流降壓變換器加電感電容低通濾波器的方式。
4.如權利要求2所述的低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統，其特征在于：所述噪聲抑制模塊(3)的電路由電阻r6、電阻r11和電容c4組成；所述電阻r6的一端電連接所述第二運算放大器opa2的輸出端，另一端電連接所述第三運算放大器opa3的反相輸入端；所述電阻r11的一端電連接所述第三運算放大器opa3的反相輸入端，另一端電連接所述電容c4并通過所述電容c4連接至所述第三運算放大器opa3的輸出端。
5.如權利要求2所述的低噪聲多調制接口的單頻光纖激光器驅動系統，其特征在于：所述電流調制模塊(9)由電阻r1～r4、電容c1和第一運算放大器opa1組成；所述電阻r1的一端電連接所述微控制器模塊(1)，另一端電連接所述第一運算放大器opa1的同相輸入端；所述電阻r2的一端電連接所述第一信號源，另一端也電連接所述第一運算放大器opa1的同相輸入端；所述電阻r3的一端電連接所述第一運算放大器opa1的輸出端，另一端電連接所述電阻r4并通過所述電阻r4接地；所述第一運算放大器opa1的反向輸入端電連接于所述電阻r3與電阻r4之間的連接點；所述電容c1的一端電連接所述第一運算放大器opa1的輸出端，另一端電連...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李磐，肖鑫，余世淏，劉河山，羅子人，
申請(專利權)人：中國科學院力學研究所，
類型：發明
國別省市：
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