專利名稱：一種基于單運(yùn)放的光纖陀螺半導(dǎo)體激光器調(diào)制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于單運(yùn)放的光纖陀螺半導(dǎo)體激光器調(diào)制電路，屬于光纖陀螺技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖陀螺可以實(shí)現(xiàn)高精度的自主角速度測(cè)量，在現(xiàn)代國防科技中占有十分重要的地位，具有特有的技術(shù)和性能優(yōu)勢(shì)，如無運(yùn)動(dòng)部件、使用壽命長；全固化結(jié)構(gòu)、抗沖擊能力強(qiáng)；測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍大、無預(yù)熱時(shí)間、啟動(dòng)時(shí)間短；不受地球吸引力影響；工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜；對(duì)捷聯(lián)應(yīng)用有先天優(yōu)勢(shì)等。調(diào)頻連續(xù)波干涉式光纖陀螺是一個(gè)采用窄譜光源的陀螺系統(tǒng)，而且對(duì)光源做了連 續(xù)調(diào)頻。該光源所發(fā)出的光波同時(shí)走光纖環(huán)的快軸和慢軸，并通過扭轉(zhuǎn)對(duì)軸實(shí)現(xiàn)了快光和慢光的分別干涉，干涉信號(hào)中產(chǎn)生了一個(gè)固有相位差Op，兩路干涉光中真正的有用信息是在光纖環(huán)中得到的相位差Os，對(duì)兩路干涉信號(hào)進(jìn)行差分可以消去固有相位差Op，加倍轉(zhuǎn)動(dòng)相位差變成20s。其中，與普通光纖陀螺的區(qū)別是采用調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)，半導(dǎo)體激光器作為比較成熟的連續(xù)調(diào)頻波發(fā)射源，是利用半導(dǎo)體材料導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴的復(fù)合來產(chǎn)生受激輻射，具有相干性好、方向性強(qiáng)、發(fā)散角小、亮度高等特點(diǎn)，并且還有體積小、效率高以及調(diào)制方便，最重要的特點(diǎn)是在發(fā)射閾值之后，隨著驅(qū)動(dòng)電流的變化，形成頻率啁啾，并且頻率的變化與驅(qū)動(dòng)電流成線性關(guān)系。。目前，調(diào)頻連續(xù)被干涉式光纖陀螺處于原理樣機(jī)設(shè)計(jì)中，針對(duì)這種新型光纖陀螺的調(diào)制電路是首次提出的。調(diào)制電路的主要應(yīng)用有激光雷達(dá)、通信領(lǐng)域，但是已有的調(diào)制電路都相對(duì)較復(fù)雜，器件多，功耗大，抗干擾能力差，本發(fā)明采用的是單運(yùn)放的直接調(diào)制方式，簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、容易實(shí)現(xiàn)，器件少，功耗大大降低，并且可靠性高。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出的一種基于單運(yùn)放的光纖陀螺半導(dǎo)體激光器直接調(diào)制電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體激光器輸出波長的連續(xù)調(diào)制，并且成功的應(yīng)用于調(diào)頻連續(xù)波干涉式光纖陀螺系統(tǒng)中。本發(fā)明提出的一種基于單運(yùn)放的光纖陀螺半導(dǎo)體激光器直接調(diào)制電路，包括精密基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、調(diào)制信號(hào)發(fā)生電路以及恒流源驅(qū)動(dòng)電路；所述的精密基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的核心模塊采用ADR391B芯片，用以產(chǎn)生低噪聲且高精度的精密基準(zhǔn)電壓，管腳VIN端、管腳SHDN端均與外接+5V輸入電壓端A連接，管腳VOUTF端輸出偏置電壓為2. 5V ；所述的調(diào)制信號(hào)發(fā)生電路的作用為將調(diào)頻電壓與直流偏置電壓相疊加，精密基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的管腳VOUTF端輸出的直流偏置電壓信號(hào)信號(hào)與調(diào)頻信號(hào)Uin經(jīng)過電壓跟隨，接入集成運(yùn)放器的輸入端，信號(hào)疊加之后形成帶有直流偏置的調(diào)頻信號(hào)，由外部信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的交流信號(hào)\進(jìn)入集成運(yùn)放器前先通過RC低通濾波器，低通濾波后得到調(diào)頻信號(hào)Uin ;集成運(yùn)放器U2A輸入管腳+INl與精密基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的VOUTFl端輸出偏置電壓通過電阻A連接，經(jīng)RC低通濾波后的調(diào)頻信號(hào)Uin經(jīng)電阻B后輸入至集成運(yùn)放器U2A的輸入管腳-INl，集成運(yùn)放器U2A的+Vs端與外接+5V輸入電壓端B連接，集成運(yùn)放器U2A的-Vs端接地，集成運(yùn)放器U2A輸出端OUTl端通過電阻Cl2與集成運(yùn)放器的-IN2輸入端連接，集成運(yùn)放器U2A輸出管腳OUTl還通過電阻E與U2A輸入管腳-INl端連接，集成運(yùn)放器U2B的輸入管腳+IN2通過電阻D連接核心模塊VOUTF端的2. 5V輸出偏置電壓，集成運(yùn)放器U2B的輸出信號(hào)連接恒流源驅(qū)動(dòng)電路中三極管的發(fā)射極，輸出信號(hào)再次實(shí)現(xiàn)反相處理，U2A的OUTl端輸出信號(hào)經(jīng)電阻C后，經(jīng)電阻F實(shí)現(xiàn)深度負(fù)反饋后連接到三極管的發(fā)射極，三極管與集成運(yùn)放器共同構(gòu)成恒流源，三極管的發(fā)射極還通過電阻G與半導(dǎo)體激光器SLD18負(fù)極連接，電阻G起到分壓作用，半導(dǎo)體激光器SLD正極還與外接+5V電源端C經(jīng)過電容D和電容E降噪處理后半導(dǎo)體激光器SLD，半導(dǎo)體激光器SLD負(fù)極還通過電阻H連接于電阻B和電阻E之間。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
I、本發(fā)明提出一種基于單運(yùn)放的光纖陀螺半導(dǎo)體激光器調(diào)制電路，該驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、實(shí)用、體積小并且抗干擾能力強(qiáng)；2、本發(fā)明提出一種基于單運(yùn)放的光纖陀螺半導(dǎo)體激光器調(diào)制電路該驅(qū)動(dòng)電路，電路設(shè)計(jì)有RC濾波電路，結(jié)合集成運(yùn)放驅(qū)動(dòng)，具有較高的調(diào)頻線性度；3、本發(fā)明提出一種基于單運(yùn)放的光纖陀螺半導(dǎo)體激光器調(diào)制電路該驅(qū)動(dòng)電路，采用大帶寬運(yùn)放并結(jié)合電路布局設(shè)計(jì)，提高電路帶寬，可以實(shí)現(xiàn)高頻調(diào)制。


圖I是本發(fā)明提出一種基于單運(yùn)放的光纖陀螺半導(dǎo)體激光器調(diào)制電路結(jié)構(gòu)圖；圖中1-精密基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路；2-調(diào)制信號(hào)發(fā)生電路；3-恒流源驅(qū)動(dòng)電路；4-核心模塊；5-集成運(yùn)放器；6-RC低通濾波器；7-電容A;8-電容B;9-電容C;10-電阻 A ;11-電阻 B ;12-電阻 C ;13-電阻 D ;14-電阻 E ;15-電阻 F ;16-三極管；17-電阻G ；18-半導(dǎo)體激光器 SLD ；19-電容 D ;20-電容 E ;21 電阻 H。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明提出一種基于單運(yùn)放的光纖陀螺半導(dǎo)體激光器直接調(diào)制電路，如圖I所示，包括精密基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路I、調(diào)制信號(hào)發(fā)生電路2以及恒流源驅(qū)動(dòng)電路3。所述的精密基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的核心模塊4采用ADR391B芯片，用以產(chǎn)生低噪聲且高精度的精密基準(zhǔn)電壓。該芯片的供電電壓在2. 8V 15V之間，管腳VIN端、管腳SHDN端均與外接+5V輸入電壓端A連接，管腳GND端接地，管腳VOUTF端輸出偏置電壓為2. 5V，精度±4mV，該端輸出的直流偏置電壓信號(hào)分別連接到集成運(yùn)放器U2A的同相輸入端+INl以及U2B的同相輸入端+IN2，用來提供半導(dǎo)體激光器正常發(fā)光的驅(qū)動(dòng)電壓。且VOUTS端還與VOUTS端連接后通過電容A接地；外接+5V輸入電壓端A通過電容B接地；所述的調(diào)制信號(hào)發(fā)生電路主要的作用是將調(diào)頻電壓與直流偏置電壓相疊加，精密基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路I的管腳VOUTF端輸出的直流偏置電壓信號(hào)信號(hào)與調(diào)頻信號(hào)Uin經(jīng)過電壓跟隨，接入集成運(yùn)放器5的輸入端，信號(hào)疊加之后形成帶有直流偏置的調(diào)頻信號(hào)。由外部信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的交流信號(hào)Vm進(jìn)入集成運(yùn)放器前先通過一個(gè)RC低通濾波器6，低通濾波后得到調(diào)頻信號(hào)Uin，結(jié)合調(diào)制頻率及濾波電路參數(shù)可以降低信號(hào)的噪聲，提高信號(hào)的線性度。集成運(yùn)放器5U2A輸入管腳+INl與精密基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路I的VOUTFl端輸出偏置電壓通過電阻AlO連接，經(jīng)RC低通濾波后的調(diào)頻信號(hào)Uin經(jīng)電阻Bll后輸入至集成運(yùn)放器5U2A的輸入管腳-IN I，集成運(yùn)放器5U2A的+Vs端與外接+5V輸入電壓端B連接，集成運(yùn)放器5U2A的-Vs端接地，且外接+5V輸入電壓端B與接地端之間連接有電容C9，集成運(yùn)放器5U2A輸出端OUTl端通過電阻C12與集成運(yùn)放器的-IN2輸入端連接，集成運(yùn)放器5U2A輸出管腳 OUTl輸出的疊加信號(hào)實(shí)現(xiàn)了偏置電壓與調(diào)制電壓的相加，以及信號(hào)反相；集成運(yùn)放器5U2A輸出管腳OUTl還通過電阻E14與U2A輸入管腳-INl端連接，集成運(yùn)放器5U2B的輸入管腳+IN2通過電阻D13連接核心模塊4V0UTF端的2. 5V輸出偏置電壓，集成運(yùn)放器5U2B的輸出信號(hào)連接恒流源驅(qū)動(dòng)電路3三極管的發(fā)射極，輸出信號(hào)再次實(shí)現(xiàn)反相處理，集成運(yùn)放器5輸出的電流值較小，不能滿足直接驅(qū)動(dòng)激光器的要求，U2A的OUTl端輸出信號(hào)經(jīng)電阻C12后，經(jīng)電阻F15實(shí)現(xiàn)深度負(fù)反饋后連接到三極管16的發(fā)射極，三極管與集成運(yùn)放器共同構(gòu)成恒流源。三極管的發(fā)射極還通過電阻G17與半導(dǎo)體激光器SLD18負(fù)極連接，電阻G17起到分壓作用，固定電阻G17的阻值可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電流隨輸入信號(hào)的改變而改變，不受半導(dǎo)體激光器SLD18負(fù)載阻值的影響。半導(dǎo)體激光器SLD18正極還與外接+5V電源端C經(jīng)過電容D19和電容E20降噪處理后半導(dǎo)體激光器SLD18。半導(dǎo)體激光器SLD18負(fù)極還通過電阻H21連接于電阻Bll和電阻E14之間，用于實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器與運(yùn)放反相輸入端之間的降壓。所述的集成運(yùn)放器采用AD8066AR芯片，電路采用單運(yùn)放形式，該運(yùn)放為雙通道高頻運(yùn)放，3dB增益帶寬145MHz，可以實(shí)現(xiàn)高頻調(diào)制輸出。AD8066AR芯片的供電電壓范圍為5V 24V，所加載的電壓為單端供電電壓+5V，采用反相輸入放大電路，引入深度負(fù)反饋電壓，實(shí)際電路的輸出電阻趨近于0，可以更好的實(shí)現(xiàn)電壓-電流轉(zhuǎn)換。本發(fā)明中優(yōu)選電阻Bll阻值為20KQ，電阻E14阻值為IOKQ，電阻C 12阻值為IOKQ，電阻F15阻值為IOKQ，根據(jù)集成運(yùn)放器5虛短、虛斷原理，得到的恒流源表達(dá)式如下「]『2.5_ I =-
2^17三極管16采用PNP硅管BCX5316，為高頻大功率三極管，截止頻率150MHz，最大集電極工作電流I. 5A，最大功率lW，Uero = -80V，保證了三極管工作在輸出特性中的線性放大區(qū)，最大集電極工作電壓大于半導(dǎo)體激光器的工作電流I，最大功率大于IXVe。。
權(quán)利要求
1.一種基于單運(yùn)放的光纖陀螺半導(dǎo)體激光器直接調(diào)制電路，其特征在于包括精密基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、調(diào)制信號(hào)發(fā)生電路以及恒流源驅(qū)動(dòng)電路； 所述的精密基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的核心模塊采用ADR391B芯片，用以產(chǎn)生低噪聲且高精度的精密基準(zhǔn)電壓，管腳VIN端、管腳SHDN端均與外接+5V輸入電壓端A連接，管腳VOUTF端輸出偏置電壓為2. 5V ； 所述的調(diào)制信號(hào)發(fā)生電路的作用為將調(diào)頻電壓與直流偏置電壓相疊加，精密基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的管腳VOUTF端輸出的直流偏置電壓信號(hào)與調(diào)頻信號(hào)Uin經(jīng)過電壓跟隨，接入集成運(yùn)放器的U2A輸入端，信號(hào)疊加之后形成帶有直流偏置的調(diào)頻信號(hào)，由外部信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的交流信號(hào)Vm進(jìn)入集成運(yùn)放器前先通過RC低通濾波器，低通濾波后得到調(diào)頻信號(hào)Uin ;集成運(yùn)放器U2A輸入管腳+INl與精密基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的VOUTFl端輸出偏置電壓通過電阻A連接，經(jīng)RC低通濾波后的調(diào)頻信號(hào)UIN經(jīng)電阻B后輸入至集成運(yùn)放器U2A的輸入管腳-IN1，集成運(yùn)放器U2A的+Vs端與外接+5V輸入電壓端B連接，集成運(yùn)放器U2A的-Vs端接地，集成運(yùn)放器U2A輸出端OUTl端通過電阻C12與集成運(yùn)放器的-IN2輸入端連接，集成運(yùn)放器U2A輸出管腳OUTl還通過電阻E與U2A輸入管腳-INl端連接，集成運(yùn)放器U2B的輸入管腳+IN2通過電阻D連接核心模塊VOUTF端的2. 5V輸出偏置電壓，集成運(yùn)放器U2B的輸出信號(hào)連接恒流源驅(qū)動(dòng)電路中三極管的發(fā)射極，輸出信號(hào)再次實(shí)現(xiàn)反相處理，U2A的OUTl端輸出信號(hào)經(jīng)電阻C后，經(jīng)電阻F實(shí)現(xiàn)深度負(fù)反饋后連接到三極管的發(fā)射極，三極管與集成運(yùn)放器共同構(gòu)成恒流源，三極管的發(fā)射極還通過電阻G與半導(dǎo)體激光器SLD18負(fù)極連接，電阻G起到分壓作用，半導(dǎo)體激光器SLD正極還與外接+5V電源端C經(jīng)過電容D和電容E降噪處理后半導(dǎo)體激光器SLD，半導(dǎo)體激光器SLD負(fù)極還通過電阻H連接于電阻B和電阻E之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于單運(yùn)放的光纖陀螺半導(dǎo)體激光器直接調(diào)制電路，其特征在于所述的集成運(yùn)放器采用AD8066AR芯片，電路采用單運(yùn)放形式，該運(yùn)放為雙通道高頻運(yùn)放，3dB增益帶寬145MHz，實(shí)現(xiàn)高頻調(diào)制輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于單運(yùn)放的光纖陀螺半導(dǎo)體激光器直接調(diào)制電路，其特征在于所述的AD8066AR芯片的供電電壓范圍為5V 24V，所加載的電壓為單端供電電壓+5V，采用反相輸入放大電路，弓I入深度負(fù)反饋電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于單運(yùn)放的光纖陀螺半導(dǎo)體激光器直接調(diào)制電路，其特征在于所述的三極管采用PNP硅管BCX5316，截止頻率150MHz，最大集電極工作電流I.5A，最大功率 1W，Uceo = -80V。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于單運(yùn)放的光纖陀螺半導(dǎo)體激光器直接調(diào)制電路，其特征在于所述的電阻B阻值為20K Q，電阻E阻值為IOK Q，電阻C阻值為IOK Q，電阻F阻值為IOKQ o
全文摘要
本發(fā)明提出的一種基于單運(yùn)放的光纖陀螺半導(dǎo)體激光器直接調(diào)制電路，屬于光纖陀螺技術(shù)領(lǐng)域。所述的半導(dǎo)體激光器直接調(diào)制電路包括精密基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、調(diào)制信號(hào)發(fā)生電路以及恒流源驅(qū)動(dòng)電路。所述的精密基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的核心模塊采用ADR391B芯片，用以產(chǎn)生低噪聲且高精度的精密基準(zhǔn)電壓，所述的調(diào)制信號(hào)發(fā)生電路的作用為將調(diào)頻電壓與直流偏置電壓相疊加，集成運(yùn)放器采用AD8066AR芯片，電路采用單運(yùn)放形式，本發(fā)明的調(diào)制電路簡(jiǎn)單、實(shí)用、體積小并且抗干擾能力強(qiáng)，且設(shè)計(jì)有RC濾波電路，結(jié)合集成運(yùn)放驅(qū)動(dòng)，具有較高的調(diào)頻線性度；采用大帶寬運(yùn)放并結(jié)合電路布局設(shè)計(jì)，提高電路帶寬，可以實(shí)現(xiàn)高頻調(diào)制。
文檔編號(hào)H01S5/062GK102709809SQ20121012364
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者宋凝芳, 張倩, 張春熹, 徐小斌, 李彥, 潘雄, 肖智 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)