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摘要：超辐射SLD短相干长度的电光效率较高，作为一种宽光谱的光时域反射仪，在传感计测、中短程光纤通信等领域应用广泛。发挥航空、航海、导航自控定位作用。本文对光纤陀螺理想光源设计中SLD硬件构成、控制软件流程以及SLD光源驱动电路等进行分析，期望对半导体激光光源提高精度控制具有参考作用。
关键词：光纤陀螺：SLD;光源驱动电路
1、SLD稳定性要求
半导体激光器重量轻、电光效率高、是光源中不可替代的器件。常用的编写半导体激光器使用的标准14脚待尾纤1.3umSLD。在宽光谱范围内产生高增益单波导放大器的超辐射。在FOG系统中发挥重要作用，具有军事民用等应用背景。拥有短时间相干性和长空间相干性。基于角速度传感器，光源稳定性强，在中高精度范围内误差较小。
SLD稳定通过电流、温度、功率进行稳定性控制，主要取决于驱动电路控制能力。影响精度的光源稳定度包括光功率、光波长、光偏振。驱动电路解决了功率和波长的稳定性的问题光学手段解决光偏振现象。在SLD光电特性图上，可以看到稳定的SLD驱动电流是光功率恒定的条件。自动功率控制APC电路响应FOG要求，曲线斜率较大，长期使用会产生功率偏移。在大功率状态下，温度上升的过宽导致SLD的波长受到影响，这就要求对于电源进行温度稳定的控制[1]。
2、SLD驱动电路工作原理
SLD内部包括光检测器、SLD管芯以及制冷器、温敏电阻。驱动电路驱动SLD管芯和制冷器，提供SLD的温度和光功率，驱动电路由温敏电阻和光检测器的状态获取自动功率控制的参数，根据反馈进行状态调节。
2.1SLD驱动电路对电流高度进行控制，保证噪声和偏移较小，一般小于0.05MA，自动电路控制功率用于电流的调整，大小要满足功率恒定要求。ATC电路及逆行传感器、温敏电阻的控制的目的是达到温度恒定，用以控制制冷器，制冷系数为-0.5%摄氏度，控制精度达到0.1摄氏度，电阻变化小于50兆欧[2]。
2.2电路保护主要用于脉冲尖峰和点冲击的防护。设计中应有慢启动电路，设置在电源输入端，做好SLD管芯有电流流入的过载保护处理。
3、电路设计方案
了解驱动电路的工作原理，有利于完成驱动电路的设计，兼具经验和创造力的设计者，能够实现多功能的巧妙结合。
3.1对于恒流源进行分立元件的设计，满足集成恒流源的运行要求。包括调试方便、稳定性强、体积小、使用方便等。
3.2保护电路通过PIN检测器进行光功率的转换，控制电流，加强预制电压的放大效果。做好限流和电流的保护。将电极接在基础极上，当电极电流出现脉冲后，拉去部分的基极电流，抑制电流提升。
3.3进行电路设计，对于温敏电阻随着温度变化而变化的特性要明确。在进行电路设计的时候，驱动制冷器与预置电压的设计，可以采用转换的方法，根据电阻的变化进行恒定电流的设计，电压变化体现在电阻电桥上，放大器的输出端设计分立元件，左半部分是恒流源驱动，右半部分是APC电路，此时各个部分的设计完成，反馈体现在电流注入方面，通过三极管的功率恒定设计，改变流过SLD电流。注意设计的时候挑选适合的元器件，保证供电电源的交流噪声和稳定性达到最佳效果。
4、数据测试结果
进行电路集成设计，考虑到集成驅动源的使用，在集成驱动源的设计方面，发挥集成驱动源的体积小、使用方便的特点，在一般要求的SLD驱动中，将少量外围器件进行设计，用于SLD控制和调节，体现工程化的FOG的小型化器件和集成化实用化的SLD驱动电源的特性[3]。
为了实时地对SLD光源设计的效果进行监测，采用实验的方法，针对各类环境和条件下的SLD光源的参数变化进行内在规律的测量。将光源组件放置在数控温箱内，采用全数字光源控制系统进行采样和驱动，根据测试项目的需要，胸痛进行异步通讯的采集以及通用总线GPIB实时的处理，获得测试设备的光功率、偏振模式以及光谱分析结果，完成监控实验。
对于SLD驱动电源进行设计后，进行集成器件的测量，测得的结果为：
取值时间为60秒，制冷电流为180MA，驱动电流90MA，均方差值为0.07。计算机实时进行数据接收，采用语言百年之，选择将SLD光源特征参数进行绘图，数据自动存储为TXT文本文件，再进行串行通信的参数调整，使用液晶显示屏对数据进行显示。
SLD全数字光源控制系统的设计，依据的SLD光源所有特征的参量。使用高速、高精度的数字控制算法，高速D/A数字控制量进行数字控制量的模拟转换，实现灵活的光源驱动闭环控制，进行远程监控，利用计算机进行数据传输和处理。该系统的主要特征是进行全数字控制主控芯片作为核心[4]。
全数字控制系统包括反馈、控制、采样模块，通过多通道高精度的采集，将温敏电阻反映出的内部温度进行设置，半导体PN结构中的光功率、驱动电流的驱动。反馈模块包括可调电流驱动，由高精度高速D/A进行功率放大期间的组成。SLD光源任何微秒级的过载驱动都会对SLD过载驱动进行损坏，因此设计上应进行驱动源的驱动，由高精度D/A进行稳压滤波电路的转换。产生可调高精度的驱动。电流从0-200MA，驱动电流防静电和防浪涌等均具备。还有防止软件时空的缓启动装置和硬件保护装置。
主控程序具有误差小、动态好、控制精度高的优势，采用智能PID进行算法控制。控制流程循环进行，系统初始化后进行参数控制，由模块进行多路SLD光源特性的采样，根据数控方案，进行参量和控制输入量的运算，结果进行PID算法验证，传送到反阔模块，放大电路转换后，模拟信号经过D/A和相应的功率放大，对电流大小进行调整，驱动控制SLD光源模块，调试的参数包括积分系数、微分系数。
光源显示和控制系统采用精准温控的驱动方案，在实验中通过数控电流源高精度提供SLD光源，以温敏电阻进行温度传感，使得光源稳定工作，达到输出光谱和光功率的目的。模拟控制系统和数字控制系统测试不同厂家、不同批次的SLD光源，获得的光功率波动得到好评。可以明显肯出，数字控制下的控制参数通用性极强。缩短了调试周期，调试过程也大大简化。
参考文献：
[1]吴军伟，缪玲娟，吴衍记， 等.基于SLD光源变流驱动的光纤陀螺快速启动研究[J].导航定位与授时，2019，6（4）：88-93.
[2]孙广宇，鲁军，王子豪.光纤陀螺用光源恒流驱动电路设计[J].光学仪器，2020，42（2）：70-74.
作者简介：张国财（1982—），男，汉族，职称：工程师，浙江省桐庐县，单位：浙江航天润博测控技术有限公司，研究方向：光纤陀螺的研发和设计。
关键词：光纤陀螺：SLD;光源驱动电路
1、SLD稳定性要求
半导体激光器重量轻、电光效率高、是光源中不可替代的器件。常用的编写半导体激光器使用的标准14脚待尾纤1.3umSLD。在宽光谱范围内产生高增益单波导放大器的超辐射。在FOG系统中发挥重要作用，具有军事民用等应用背景。拥有短时间相干性和长空间相干性。基于角速度传感器，光源稳定性强，在中高精度范围内误差较小。
SLD稳定通过电流、温度、功率进行稳定性控制，主要取决于驱动电路控制能力。影响精度的光源稳定度包括光功率、光波长、光偏振。驱动电路解决了功率和波长的稳定性的问题光学手段解决光偏振现象。在SLD光电特性图上，可以看到稳定的SLD驱动电流是光功率恒定的条件。自动功率控制APC电路响应FOG要求，曲线斜率较大，长期使用会产生功率偏移。在大功率状态下，温度上升的过宽导致SLD的波长受到影响，这就要求对于电源进行温度稳定的控制[1]。
2、SLD驱动电路工作原理
SLD内部包括光检测器、SLD管芯以及制冷器、温敏电阻。驱动电路驱动SLD管芯和制冷器，提供SLD的温度和光功率，驱动电路由温敏电阻和光检测器的状态获取自动功率控制的参数，根据反馈进行状态调节。
2.1SLD驱动电路对电流高度进行控制，保证噪声和偏移较小，一般小于0.05MA，自动电路控制功率用于电流的调整，大小要满足功率恒定要求。ATC电路及逆行传感器、温敏电阻的控制的目的是达到温度恒定，用以控制制冷器，制冷系数为-0.5%摄氏度，控制精度达到0.1摄氏度，电阻变化小于50兆欧[2]。
2.2电路保护主要用于脉冲尖峰和点冲击的防护。设计中应有慢启动电路，设置在电源输入端，做好SLD管芯有电流流入的过载保护处理。
3、电路设计方案
了解驱动电路的工作原理，有利于完成驱动电路的设计，兼具经验和创造力的设计者，能够实现多功能的巧妙结合。
3.1对于恒流源进行分立元件的设计，满足集成恒流源的运行要求。包括调试方便、稳定性强、体积小、使用方便等。
3.2保护电路通过PIN检测器进行光功率的转换，控制电流，加强预制电压的放大效果。做好限流和电流的保护。将电极接在基础极上，当电极电流出现脉冲后，拉去部分的基极电流，抑制电流提升。
3.3进行电路设计，对于温敏电阻随着温度变化而变化的特性要明确。在进行电路设计的时候，驱动制冷器与预置电压的设计，可以采用转换的方法，根据电阻的变化进行恒定电流的设计，电压变化体现在电阻电桥上，放大器的输出端设计分立元件，左半部分是恒流源驱动，右半部分是APC电路，此时各个部分的设计完成，反馈体现在电流注入方面，通过三极管的功率恒定设计，改变流过SLD电流。注意设计的时候挑选适合的元器件，保证供电电源的交流噪声和稳定性达到最佳效果。
4、数据测试结果
进行电路集成设计，考虑到集成驅动源的使用，在集成驱动源的设计方面，发挥集成驱动源的体积小、使用方便的特点，在一般要求的SLD驱动中，将少量外围器件进行设计，用于SLD控制和调节，体现工程化的FOG的小型化器件和集成化实用化的SLD驱动电源的特性[3]。
为了实时地对SLD光源设计的效果进行监测，采用实验的方法，针对各类环境和条件下的SLD光源的参数变化进行内在规律的测量。将光源组件放置在数控温箱内，采用全数字光源控制系统进行采样和驱动，根据测试项目的需要，胸痛进行异步通讯的采集以及通用总线GPIB实时的处理，获得测试设备的光功率、偏振模式以及光谱分析结果，完成监控实验。
对于SLD驱动电源进行设计后，进行集成器件的测量，测得的结果为：
取值时间为60秒，制冷电流为180MA，驱动电流90MA，均方差值为0.07。计算机实时进行数据接收，采用语言百年之，选择将SLD光源特征参数进行绘图，数据自动存储为TXT文本文件，再进行串行通信的参数调整，使用液晶显示屏对数据进行显示。
SLD全数字光源控制系统的设计，依据的SLD光源所有特征的参量。使用高速、高精度的数字控制算法，高速D/A数字控制量进行数字控制量的模拟转换，实现灵活的光源驱动闭环控制，进行远程监控，利用计算机进行数据传输和处理。该系统的主要特征是进行全数字控制主控芯片作为核心[4]。
全数字控制系统包括反馈、控制、采样模块，通过多通道高精度的采集，将温敏电阻反映出的内部温度进行设置，半导体PN结构中的光功率、驱动电流的驱动。反馈模块包括可调电流驱动，由高精度高速D/A进行功率放大期间的组成。SLD光源任何微秒级的过载驱动都会对SLD过载驱动进行损坏，因此设计上应进行驱动源的驱动，由高精度D/A进行稳压滤波电路的转换。产生可调高精度的驱动。电流从0-200MA，驱动电流防静电和防浪涌等均具备。还有防止软件时空的缓启动装置和硬件保护装置。
主控程序具有误差小、动态好、控制精度高的优势，采用智能PID进行算法控制。控制流程循环进行，系统初始化后进行参数控制，由模块进行多路SLD光源特性的采样，根据数控方案，进行参量和控制输入量的运算，结果进行PID算法验证，传送到反阔模块，放大电路转换后，模拟信号经过D/A和相应的功率放大，对电流大小进行调整，驱动控制SLD光源模块，调试的参数包括积分系数、微分系数。
光源显示和控制系统采用精准温控的驱动方案，在实验中通过数控电流源高精度提供SLD光源，以温敏电阻进行温度传感，使得光源稳定工作，达到输出光谱和光功率的目的。模拟控制系统和数字控制系统测试不同厂家、不同批次的SLD光源，获得的光功率波动得到好评。可以明显肯出，数字控制下的控制参数通用性极强。缩短了调试周期，调试过程也大大简化。
参考文献：
[1]吴军伟，缪玲娟，吴衍记， 等.基于SLD光源变流驱动的光纤陀螺快速启动研究[J].导航定位与授时，2019，6（4）：88-93.
[2]孙广宇，鲁军，王子豪.光纤陀螺用光源恒流驱动电路设计[J].光学仪器，2020，42（2）：70-74.
作者简介：张国财（1982—），男，汉族，职称：工程师，浙江省桐庐县，单位：浙江航天润博测控技术有限公司，研究方向：光纤陀螺的研发和设计。