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电流值由上位机软件直接设定,电流值转换为数模控制器的输出电压,由(2)式可知,电流驱动电压和设定电流之间具有良好的线性关系。试验中,用RX70系列的2Ω精密电阻来代替激光器作为取样电阻测量电流,该电阻精度为0.01%,功率为0.125W,温漂为5×10-6/℃。根据激光器的伏安特性,要求电流在0mA~100mA, 根据(2)式可知,设定电压在0mV~2000mV。测试中,电流驱动电压的步进为100mV,电压表选用普源公司生产的六位半数字电压表DM3068,通过测量取样电阻两端电压确定电流值。实验数据如表 1所示。
setting voltage/mV actual current /mA 0 0.083 100 5.162 200 10.152 300 15.055 400 20.086 500 25.121 600 30.071 700 35.002 800 40.059 900 45.038 1000 49.988 1100 54.963 1200 59.863 1300 64.836 1400 69.792 1500 74.801 1600 79.822 1700 84.824 1800 89.786 1900 94.793 2000 99.744 Table 1. Linearity measurement data of setting voltage and actual current
对设定的电流驱动电压与测量实际电流数据进行最小二乘曲线拟合,拟合曲线如图 5所示。根据线性度公式γl=(ΔImax/IFS)×100%(其中ΔImax为设定电流值与实际值的最大差值, IFS为最大电流设定值), 计算出线性度为0.3%。从线性度可知,设定电压与实际电流之间的曲线线性度好。
为了验证恒流电路对电流的控制精度,在PC端,设定电流以5mA步进增加,用电压表测量采样电阻两端电压,记录数据。有关实验数据如表 2所示。
setting current/ mA actual current/ mA difference/ mA 0 0.054 0.054 5 5.052 0.052 10 10.030 0.030 15 15.008 0.008 20 19.986 -0.014 25 24.964 -0.036 30 30.042 0.042 35 35.020 0.020 40 40.027 0.027 45 44.976 -0.024 50 49.954 -0.046 55 54.932 -0.048 60 60.009 0.009 65 64.998 -0.002 70 69.966 -0.034 75 74.944 -0.056 80 80.022 0.022 85 84.999 -0.001 90 89.978 -0.022 95 94.956 -0.044 100 99.934 -0.056 Table 2. Table of the setting current and the measured current
从表 2中可以看出,设定电流和实际电流最大差值为0.056mA,最大相对误差为0.06%,电流能够实现较好的恒流输出。
设定电流为40mA,每3min测量一次采样电阻两端的电压值,连续测量2h。电流数据如表 3所示,由于数据量太多,表中只选取每6min间隔的采样数据。
time/ min current/ mA 0 40.02960 6 40.03055 12 40.03085 18 40.03075 24 40.02925 30 40.02960 36 40.03085 42 40.02935 48 40.03065 54 40.02880 60 40.02965 66 40.03060 72 40.03080 78 40.03010 84 40.02955 90 40.02905 96 40.02785 102 40.02710 108 40.02732 114 40.02741 120 40.02770 Table 3. Data of circuit stability at 40mA
由表 3可知,在2h内最大电流值为40.03180mA,最小为40.02710mA,由稳定度公式γ=[(Imax-Imin)/I0]×100%(其中Imax为实际电流的最大值,Imin为实际电流的最小值,I0为设定值),稳定度为0.02%。激光器工作电流能长时间保持稳定,增强了输出光稳定性。
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为了验证温度控制电路的控温效果。在环境温度为20.5℃、设定电流值为80mA情况下,温度设定以1℃步进增加,测量范围为20℃~30℃。相关数据如表 4所示。
setting temperature/ ℃ temperature voltage/ V NTC-feedback voltage/ V actual temperature/ ℃ temperature difference/ ℃ 20 0.83274 0.83305 19.982 -0.018 21 0.81631 0.81666 20.986 -0.014 22 0.79972 0.80005 21.980 -0.02 23 0.78299 0.78333 22.981 -0.019 24 0.76653 0.76689 23.977 -0.023 25 0.75004 0.75035 24.979 -0.021 26 0.73365 0.73395 25.983 -0.017 27 0.71738 0.71769 26.980 -0.02 28 0.70120 0.70749 27.998 -0.002 29 0.68519 0.68546 28.983 -0.017 30 0.66930 0.66954 29.986 -0.014 Table 4. Data of temperature control
从表 4中可以看出, 温度的最大误差为0.023℃,最大相对误差为0.09%。
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为了验证激光器输出光波长的稳定性,温度设定在25℃时,每3min读取光谱仪数据,所用的光谱仪为横河公司生产的AQ6370,波长分辨率为0.02nm,功率测量范围为+20dBm~-90dBm,连续测量光波长1h。稳定性数据曲线如图 6所示。
从图 6中看出,1h内光波长的最大漂移量为0.012nm,光波长能长时间的稳定,这也从侧面反映了该温度控制电路的有效性。
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为了验证温控、恒流驱动电路对激光器输出光功率的效果,温度设定在25℃时,每3min记录一次光功率,连续记录1h,所使用的光功率计为安捷伦HP81536A,测量范围为+3dBm~-70dBm。测量过程中,增加了增益可调的衰减器,以免光功率太大导致损坏光功率计,利用普通的光功率计,测得光功率大概为12dBm。光功率据稳定性曲线如图 7所示。
实验结果表明,光功率的最大漂移量为0.05dBm(0.0014mW),稳定度达到0.5%。前15min,温控还没有达到稳定,光功率呈现下降的趋势,之后达到稳定,这也充分说明了温度对光功率的影响。开机0.5h后,测量光功率,稳定性能达到0.2%以上。