电流调谐DFB激光器调频线性化研究

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调频连续波(FMCW,Frequency Modulated Continuous Wave)激光雷达(LiDAR, Light Detection and Ranging)因其工作功率更低,分辨率更高以及免疫背景光等优点已经成为一个热门的研究课题,但其要求光源能够输出连续线性调频的激光。电流调谐半导体激光器因其灵活的直接电流调谐特性以及可靠性高、单色性好、噪声低等优势逐渐成为FMCW激光雷达的潜在理想光源,而且其结构简单,价格低廉,应用广泛。但是由于半导体激光器本身存在调频非线性,半导体激光器的调频线性化技术显得尤为重要。
  本文主要围绕用于调频连续波激光雷达研究的DFB激光调频线性化技术研究,简要地分析了线调频连续波激光光源的非线性对FMCW激光雷达测距的影响并进行了线性调频连续波激光雷达测距的仿真测试,进而介绍了DFB激光器注入电流调谐原理及调频非线性产生的原因,接着说明了调频非线性对拍频信号的频率的影响。简单地介绍了不同的调频线性化方法的校正原理以及它们的优缺点,通过分析其他的校正理论提出并设计了一个调频线性化方案,详细地分析该方案后设计了用于幅频响应的高通滤波器,并准备对该调频线性化方案进行仿真验证。对各个仿真模块进行设计和参数设定,还围绕包络信号的提取问题提出了不同的方案,对包络提取方案进行仿真测试并进行对比,确定了用包络算法进行调频线性化,最后搭建了调频线性化仿真实验平台进行验证分析。
  采用所设计的基于幅频响应的调频线性化方案进行仿真,对仿真结果进行了详细地对比分析。结果表明相较于未校正的非线性拍频信号,经过反馈校正后得到的拍频信号的频谱分布更集中,趋于理想分布。对调频曲线进行量化分析,一次反馈校正的调频线性度提高了近9倍。该调频线性化方案自身就存在残余非线性、非实时等一些问题,但是还有改进的空间,相信经过近一步研究,该方案会有更好的应用性。
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