摘要：本文基于可编程逻辑门阵列(field programmable gate array,FPGA)快速处理数字信号及多线程优势,结合波长调制可调谐半导体激光吸收光谱(WM-TDLAS)技术,研制可编程门阵列WM-TDLAS二氧化碳浓度检测系统。根据应用功能需求,利用FPGA芯片的逻辑门阵列可编程特性,设计了具备信号采集及调制、谐波解调功能的数字化锁相放大器(digital lock-in amplifier,DLIA)。为验证其性能进行谐波提取测试、Q值、抗噪声实验,结果表明目标频率提取线性度达99.99%,Q值可达45。在对不同信噪比信号进行谐波提取实验中,当信噪比为43 dB时,均值最大相对误差仅为0.91%。采用中心波长1572 nm分布式反馈激光器作为光源,覆盖选定的6360 cm−1处吸收线,密集多通气体吸收池有效光程14 m,开展了气体浓度检测实验。系统检测浓度与二次谐波幅值拟合线性度为99.982%,通过提升扫描波长频率,系统可在0.1 s获取浓度值。艾伦(Allan)方差结果表明,当积分时间为44 s时,系统的检测下限为1.86 ppm。实验结果表明,该可编程门阵列WM-TDLAS检测系统具有检测精度高、响应速度快、稳定性强和小型化的特点,可用于实际应用中浓度实时监测。

摘要：如今,人们对研究耦合腔面发射激光器结构的兴趣逐渐增加。这种结构通过向主腔施加调制电的同时向每个反馈腔施加直流电来实现带宽提升。然而,单独驱动主腔对器件性能的影响尚未得到深入研究。为了更全面地了解耦合腔激光器,我们设计并制备了边长为30μm×30μm的方形横向耦合腔VCSEL,并研究了在方形横向耦合腔中单独驱动主腔时器件性能的变化。室温下,-3 dB带宽达30.1 GHz,在非归零调制下,在背对背传输速率40 Gbit/s时获得清晰的眼图,相对强度噪声值为-160 dB/Hz。证明了反馈腔在不加驱动的条件下仍会对主腔的性能提供正向作用。设计的TCC-VCSEL器件只需要一个电源驱动,使其适用于高密度集成,为封装集成应用提供了新的思路。

摘要：锥形半导体激光器是一种兼顾高功率高光束质量的光电子器件,但在高功率工作时易受非线性效应(如自聚焦和光丝)影响导致光束质量恶化。基于广角有限差分光束传播法(WA-FD-BPM)对总腔长为2500μm锥形半导体激光器进行模拟研究,分析了脊形区与锥形区长度比例对其输出特性的影响。结果表明,脊形区的滤波效应是影响锥形半导体激光器光束质量的重要因素,可通过合理优化脊锥比实现输出性能的提升。当脊锥比为2∶3时输出性能最佳。研究结果可为后续锥形半导体激光器的设计提供参考。

摘要：由于门限阈值电压固定,传统脉冲激光引信接收系统的时刻鉴别电路极易产生信号误判而引起虚警或漏警。针对此问题,提出基于自适应阈值的脉冲激光引信回波时刻鉴别方法,并进行电路优化设计。该方法通过将时刻鉴别电路中门限阈值和放大信号进行关联,使得门限阈值电压可以根据信号源中直流分量及噪声的变化而自适应调节,可显著降低时刻鉴别误差。LT spice软件仿真结果表明:随着直流分量的增加,门限阈值增加,该优化电路可根据直流分量的变化而自适应调节;随着信噪比的增大,门限阈值自动降低,该优化电路可根据噪声变化而自适应调节。该优化电路可将比较器输入两端的电压差控制在适当的范围,实现对脉冲结果的控制。该自适应阈值时刻鉴别电路结构简单、易于实现,为实现激光引信的高精度测距提供了有效的支持。

摘要：为了减少机器人工作路径长度和拐点数量,提出了基于异构串行蚁群算法的路径规划方法。介绍并改进了栅格模型的投影、膨化和编码过程;以减少工作路径长度和拐点数量为目标,建立了机器人导航路径的优化模型。分析了标准蚁群算法原理,依据起点和目标点位置的先验知识,引入了信息素非均匀初始化方法;在概率公式中添加了角度启发因子;并在蚁群中加入具有全局通视能力的蚂蚁,提出了异构蚂蚁串行策略。在(10×10)和(20×20)规模栅格中,将异构串行蚁群算法用于机器人路径规划,与标准蚁群算法和文献[12]超强启发算法相比,异构串行蚁群算法规划路径长度最短,且拐点数量远小于另外两种算法。仿真结果表明异构串行蚁群算法在机器人路径规划中具有优越性。

摘要：设计了带有质子注入高阻区的刻蚀微结构面发射半导体激光器结构,使得从出光口到上DBR形成环形波导,进而直接产生空心激光束输出。使用FDTD软件计算了刻蚀微结构VCSEL的光场分布,得到的环形模式图样在不同模式数目下都能保持空心光束的特性。制备了室温下激射波长为848 nm的微结构VCSEL,并测试其输出特性。阈值电流为0.27 A,峰值功率最高可达170 mW。不同电流下的近场图都显示出非常明显的空心环形光斑,远场光强分布曲线也符合空心光束的特性。该新型VCSEL技术为空心光束甚至阵列器件的发展提供了一种新的方法。

摘要：随着智能感知技术的快速发展,高功率、窄线宽的半导体激光光源成为研究热点。通过在边发射半导体激光器件表面引入高阶曲线光栅,设计了一种独特的非稳谐振腔结构,可实现高功率和窄线宽。采用紫外光刻和电感耦合等离子体(ICP)刻蚀技术,制备了周期为6.09μm、占空比为0.66、刻蚀深度为500 nm的曲线光栅。在室温条件下,测得腔长为2 mm的器件的阈值电流为220 mA,连续输出功率为1.48 W,斜率效率为0.63 W/A。比较了法布里‐珀罗激光器、直线光栅分布式反馈(DFB)激光器和曲线光栅DFB激光器的光谱,结果表明,曲线光栅对半导体激光器的模式选择起到了关键作用,有利于实现高功率DFB激光器的窄线宽单模输出。该器件具有制作工艺相对简单、性能优异、可靠性高等特点,具有广阔的应用前景。

摘要：设计并制作了一种新型含有组合光栅结构的分布式布拉格反射(CDBR)半导体激光器。通过引入组合光栅结构,对分布式布拉格反射(DBR)激光器的高阶侧向模式进行调控,提升了高阶侧向模式的损耗,最终优化了远场光斑图案。实验制得的器件腔长为2 mm,脊波导宽度为40μm,高阶光栅周期为7μm,占空比为0.6。当注入电流为1.0 A时,组合光栅起到明显作用,远场光斑图案从DBR-激光二极管(LD)的多瓣优化到CDBR-LD的单瓣。CDBR-LD在电流为1.25 A时的饱和输出功率约为433 mW,斜率效率为0.337 W·A^(-1),注入电流为0.95 A时的光谱半峰全宽(FWHM)约为0.61 nm。

摘要：为了实现高功率半导体激光器连续泵浦源输出,设计一种使用微通道热沉封装多个单管半导体激光器的堆叠结构。基于有限元分析,此结构可以通过辅助热沉和微通道内部圆柱翅片扩展单管半导体激光器的传热渠道,与传统凹槽微通道相比,热传导效果有所增强,优化提出斜翅片结构,控制水流速,调节流体流动从而产生混流效应,进一步改善微通道散热性能,对其封装下的多单管进行功率拟合,理论最大输出功率可达128.75 W,在微通道热沉所需制冷功耗较低的前提下,可以实现多单管半导体激光器连续工作模式下泵浦且满足其散热需求。

摘要：本文基于光束传播法(beam propagation method,BPM)和时域有限差分法(finite difference time domain method,FDTD)建立了分析模型,模拟并分析了弯曲脊形波导超辐射发光二极管(superluminescent light emitting diode,SLD)不同结构参数(刻蚀深度、曲率半径、脊形宽度)对波导损耗的影响和倾斜脊形波导不同结构参数(刻蚀深度、脊形宽度、倾斜角度、发射波长)对模式反射率的影响。计算表明,弯曲脊形波导的刻蚀深度和曲率半径是影响波导损耗的重要因素。刻蚀深度较浅使波导对光场的限制作用较弱,过小的曲率半径会使模式传输泄露严重,损耗大大增加。脊形宽度越大,波导损耗越小,其对波导损耗影响较小。脊形波导的端面倾斜角度是抑制模式反射率的重要因素,脊形宽度增加,模式反射率逐渐减小,并在特定的几个角度形成的奇点达到最小值。刻蚀深度对于模式反射率的影响作用较小,但随着刻蚀深度的增加,奇点发生的角度产生了向小角度偏移。在特定的倾斜角度范围内,随着波长减小,奇点的数目会逐渐增加。研究结果可对设计具有优越性能的SLD器件提供参考。