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皮秒光纤激光器因体积小、重量轻、光束质量好、加工精度高等优势,在光纤通信、环境检测、工业加工等领域有广泛的应用前景,然而其输出激光的参数性能与输入电流和温度控制的质量密切相关。为满足皮秒光纤激光器对输出激光实用性和稳定性的要求,本文设计了一款驱动控制系统,并对系统进行了理论分析和实验研究,主要内容包括: 1)根据皮秒光纤激光器的相关原理和特性,总结了激光器对驱动控制系统的基本要求,以选取的激光泵浦LD为依托,提出了本设计希望达到的技术要求。 2)电流驱动控制系统的设计:包括恒流源、保护电路和通信系统,其中恒流源设计了两种方案,方案一是采用场效应管作为调整管,利用集成运放的深度负反馈实现其恒流输出,方案二是采用模拟PID电路作为控制器,利用闭环负反馈实现其恒流输出,并且两种方案都做了电流稳定性的实验分析研究。为了维持激光器安全运行,防范于未然,系统设计了相关保护电路,如欠功率、过流、过温和急停保护。同时,系统也设计了通信系统,可实现对激光泵浦LD和激光器的工作状态进行控制。 3)温度控制器的设计:将检测温度转换的电压与设定电压相比较的误差信号输入给PWM控制器,经其处理后通过控制流过半导体TEC的电流大小和方向来控制激光器的温度,同时,可通过调整反馈环路的PID参数来改善温度的响应特性。 4)为验证驱动控制系统的有效性,以选取的激光泵浦LD搭建了完整的激光泵浦源实验平台,并开展了一系列的实验研究。 研究结果表明:①系统设计的欠功率,过流、过温和急停电路能起到保护作用,可维持激光器的安全运行;②通信系统具有良好的人机界面,可实现对激光泵浦LD和激光器的工作状态进行控制;③方案一和方案二在相同的测试条件下,电流的可调范围较大,最大都可达到9A,连续560min电流长期稳定度分别为0.109%,0.0856%,通过数据可以得出,恒流源选用方案二;④温控10℃~40℃范围可调,连续152min测试,LD上下表面温度变化的极差△T都为0.2℃,满足LD对温度控制的要求;⑤对光功率和驱动电流的数据进行回归分析,得出相关系数R2=0.9999,结果表明光功率与驱动电流在一定的范围内成线性正相关;⑥将LD下表面温度锁定在25.7℃(±0.1℃),设定输出光功率837mW,连续测试9h,光功率的长期稳定度为±0.052dB,结果表明驱动控制系统具有较高的光功率输出稳定度;⑦激光泵浦源驱动控制系统适用的LD范围较广,达到了设计要求,可满足皮秒光纤激光器稳定工作的需要,具有一定的适用性和实用价值。