摘 要

对激光器进行耦合操作，将激光器封装成结实耐用的成品器件，这个操作的过程的核心问题是如何快速、准确的判断激光器的耦合效率。本次设计的激光器耦合电路能实时监测激光器的耦合状态，判断耦合效率是否达到最高。虽然目前国内外大多数耦合监测设备具有精度高、稳定性好的优点，但是这些设备的成本很高，并且功率检测速度较低，很难用在国内的激光器生产线上。

本次设计以微处理器为核心，设计了一款在激光器耦合过程中能实时显示耦合到光纤中的光功率和驱动电流关系的曲线的测试电路。设备具有精度较高、测量速度快以及成本低的特点，能在20ms的时间内显示一条功率电流曲线。设计的电路包含电流源电路，快速功率监测电路和液晶显示电路。首先使用DMA和DAC输出锯齿波电压信号，信号经过滤波、V/I变换后驱动激光器；其次利用PIN管将光信号转换成电流信号，对电流信号进行滤波、I/V转换和放大；最后利用ADC采集输出的电压信号，在液晶屏上显示出PI曲线。

经过测试分析，系统能实时显示功率-电流曲线，液晶刷新的频率为20ms，满足实际需要。电路能在20ms的时间内测量300个功率值并将数据绘制成曲线，能快速准确的找到耦合效率最高的点。

关键词：半导体激光器；功率-电流曲线；快速光功率检测

Abstract

By coupling of the laser, the laser package into a durable and durable finished device, the core of this process is how to quickly and accurately determine the coupling efficiency of the laser. The laser coupling circuit designed to monitor the coupling state of the laser in real time to determine whether the coupling efficiency is the highest. Although most of the coupling monitoring equipment at home and abroad has the advantages of high precision and good stability, the cost of these devices is very high, and the power detection speed is low, it is difficult to use in the domestic laser production line.

The design of the microprocessor as the core, designed a laser coupling process can be real-time display coupled to the optical fiber in the optical power and drive current curve of the test circuit. The device has the characteristics of high precision, fast measurement speed and low cost, and can display a power current curve in 20ms time. The design of the circuit includes current source circuit, fast power monitoring circuit and liquid crystal display circuit. First, the use of DMA and DAC output sawtooth voltage signal, the signal after filtering, V / I transform drive the laser; second use of the PIN tube to convert the optical signal into a current signal, the current signal filtering, I / V conversion and amplification; The ADC collects the output voltage signal and displays the PI curve on the LCD screen.

After testing and analysis, the system can display real-time power - current curve, LCD refresh frequency of 20ms, to meet the actual needs. The circuit can measure 300 power values ​​in 20 ms and plot the data as a curve to quickly and accurately find the highest point of coupling efficiency.

Key words: semiconductor laser; power - current curve; fast optical power detection

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题研究的背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 2

第二章 激光器耦合电路的方案设计 4

2.1 半导体激光器参数分析 4

2.1.1功率-电流曲线分析 4

2.1.2 光探测器原理及参数分析 5

2.2 激光器耦合电路工作原理分析 5

2.3 系统方案的设计 7

2.3.1系统的功能和指标 7

2.3.2激光器耦合系统的整体架构设计 7

2.3.3电流源的方案设计 9

2.3.4快速功率检测的方案设计 9

第三章 系统的硬件设计 10

3.1单片机及其外围电路的设计 11

3.2电流源模块 12

3.2功率检测模块 14

3.4液晶接口电路的设计 16

第四章 系统的软件设计 18

4.1主程序的设计 18

4.2定时器和中断程序的设计 19

4.3DAC和ADC的设计 20

4.4液晶显示的设计 22

第五章 系统测试结果分析 24

第六章 总结与展望 28

6.1 总结 28

6.2展望 28

致谢 30

参考文献 31

第1章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

光纤通信的发展离不开相关器件的支持，从光纤通信发展的历程上可以看到，光纤通信技术的每一步革新都是以光纤通信中基本器件的发展为基础的^[1]。光纤的光源有两种，分别是发光二极管（LED）和半导体激光器，由于半导体激光器发出的光具有很强的单色性并且光束具有很好的方向性，在光纤通信系统中，用到的激光器几乎都是半导体激光器^[2]。

然而，半导体激光器发出激光很不集中，不能直接用作光通信的光源。解决的方法是对激光器发出的光做整形处理，让光束集中到一个小的空间内传输。很多激光器生产厂商在生产激光器成品都会附带一节短的光纤，目的是使激光机发出的光尽可能的进入光纤，即达到最佳的耦合状态。其中常发射模块器件的成品之一是TOSA(Transmitter Optical Subassembly)。TOSA由含LD模块的TO-can、管套、金属箍和光纤组成^[3]。TOSA的生产过程中最重要的一步是耦合，即把LD发出的光耦合到光纤中。