专利名称：一种基于单运放的光纤陀螺半导体激光器调制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于单运放的光纤陀螺半导体激光器调制电路，属于光纤陀螺技术领域。
背景技术：
光纤陀螺可以实现高精度的自主角速度测量，在现代国防科技中占有十分重要的地位，具有特有的技术和性能优势，如无运动部件、使用寿命长；全固化结构、抗冲击能力强；测量动态范围大、无预热时间、启动时间短；不受地球吸引力影响；工艺相对简单，价格便宜；对捷联应用有先天优势等。调频连续波干涉式光纤陀螺是一个采用窄谱光源的陀螺系统，而且对光源做了连 续调频。该光源所发出的光波同时走光纤环的快轴和慢轴，并通过扭转对轴实现了快光和慢光的分别干涉，干涉信号中产生了一个固有相位差Op，两路干涉光中真正的有用信息是在光纤环中得到的相位差Os，对两路干涉信号进行差分可以消去固有相位差Op，加倍转动相位差变成20s。其中，与普通光纤陀螺的区别是采用调频连续波技术，半导体激光器作为比较成熟的连续调频波发射源，是利用半导体材料导带中的电子和价带中的空穴的复合来产生受激辐射，具有相干性好、方向性强、发散角小、亮度高等特点，并且还有体积小、效率高以及调制方便，最重要的特点是在发射阈值之后，随着驱动电流的变化，形成频率啁啾，并且频率的变化与驱动电流成线性关系。。目前，调频连续被干涉式光纤陀螺处于原理样机设计中，针对这种新型光纤陀螺的调制电路是首次提出的。调制电路的主要应用有激光雷达、通信领域，但是已有的调制电路都相对较复杂，器件多，功耗大，抗干扰能力差，本发明采用的是单运放的直接调制方式，简单、经济、容易实现，器件少，功耗大大降低，并且可靠性高。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出的一种基于单运放的光纤陀螺半导体激光器直接调制电路，实现对半导体激光器输出波长的连续调制，并且成功的应用于调频连续波干涉式光纤陀螺系统中。本发明提出的一种基于单运放的光纤陀螺半导体激光器直接调制电路，包括精密基准电压产生电路、调制信号发生电路以及恒流源驱动电路；所述的精密基准电压产生电路的核心模块采用ADR391B芯片，用以产生低噪声且高精度的精密基准电压，管脚VIN端、管脚SHDN端均与外接+5V输入电压端A连接，管脚VOUTF端输出偏置电压为2. 5V ；所述的调制信号发生电路的作用为将调频电压与直流偏置电压相叠加，精密基准电压产生电路的管脚VOUTF端输出的直流偏置电压信号信号与调频信号Uin经过电压跟随，接入集成运放器的输入端，信号叠加之后形成带有直流偏置的调频信号，由外部信号发生器产生的交流信号\进入集成运放器前先通过RC低通滤波器，低通滤波后得到调频信号Uin ;集成运放器U2A输入管脚+INl与精密基准电压产生电路的VOUTFl端输出偏置电压通过电阻A连接，经RC低通滤波后的调频信号Uin经电阻B后输入至集成运放器U2A的输入管脚-INl，集成运放器U2A的+Vs端与外接+5V输入电压端B连接，集成运放器U2A的-Vs端接地，集成运放器U2A输出端OUTl端通过电阻Cl2与集成运放器的-IN2输入端连接，集成运放器U2A输出管脚OUTl还通过电阻E与U2A输入管脚-INl端连接，集成运放器U2B的输入管脚+IN2通过电阻D连接核心模块VOUTF端的2. 5V输出偏置电压，集成运放器U2B的输出信号连接恒流源驱动电路中三极管的发射极，输出信号再次实现反相处理，U2A的OUTl端输出信号经电阻C后，经电阻F实现深度负反馈后连接到三极管的发射极，三极管与集成运放器共同构成恒流源，三极管的发射极还通过电阻G与半导体激光器SLD18负极连接，电阻G起到分压作用，半导体激光器SLD正极还与外接+5V电源端C经过电容D和电容E降噪处理后半导体激光器SLD，半导体激光器SLD负极还通过电阻H连接于电阻B和电阻E之间。本发明的优点
I、本发明提出一种基于单运放的光纤陀螺半导体激光器调制电路，该驱动电路简单、实用、体积小并且抗干扰能力强；2、本发明提出一种基于单运放的光纤陀螺半导体激光器调制电路该驱动电路，电路设计有RC滤波电路，结合集成运放驱动，具有较高的调频线性度；3、本发明提出一种基于单运放的光纤陀螺半导体激光器调制电路该驱动电路，采用大带宽运放并结合电路布局设计，提高电路带宽，可以实现高频调制。
图I是本发明提出一种基于单运放的光纤陀螺半导体激光器调制电路结构图；图中1-精密基准电压产生电路；2-调制信号发生电路；3-恒流源驱动电路；4-核心模块；5-集成运放器；6-RC低通滤波器；7-电容A;8-电容B;9-电容C;10-电阻 A ;11-电阻 B ;12-电阻 C ;13-电阻 D ;14-电阻 E ;15-电阻 F ;16-三极管；17-电阻G ；18-半导体激光器 SLD ；19-电容 D ;20-电容 E ;21 电阻 H。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。本发明提出一种基于单运放的光纤陀螺半导体激光器直接调制电路，如图I所示，包括精密基准电压产生电路I、调制信号发生电路2以及恒流源驱动电路3。所述的精密基准电压产生电路的核心模块4采用ADR391B芯片，用以产生低噪声且高精度的精密基准电压。该芯片的供电电压在2. 8V 15V之间，管脚VIN端、管脚SHDN端均与外接+5V输入电压端A连接，管脚GND端接地，管脚VOUTF端输出偏置电压为2. 5V，精度±4mV，该端输出的直流偏置电压信号分别连接到集成运放器U2A的同相输入端+INl以及U2B的同相输入端+IN2，用来提供半导体激光器正常发光的驱动电压。且VOUTS端还与VOUTS端连接后通过电容A接地；外接+5V输入电压端A通过电容B接地；所述的调制信号发生电路主要的作用是将调频电压与直流偏置电压相叠加，精密基准电压产生电路I的管脚VOUTF端输出的直流偏置电压信号信号与调频信号Uin经过电压跟随，接入集成运放器5的输入端，信号叠加之后形成带有直流偏置的调频信号。由外部信号发生器产生的交流信号Vm进入集成运放器前先通过一个RC低通滤波器6，低通滤波后得到调频信号Uin，结合调制频率及滤波电路参数可以降低信号的噪声，提高信号的线性度。集成运放器5U2A输入管脚+INl与精密基准电压产生电路I的VOUTFl端输出偏置电压通过电阻AlO连接，经RC低通滤波后的调频信号Uin经电阻Bll后输入至集成运放器5U2A的输入管脚-IN I，集成运放器5U2A的+Vs端与外接+5V输入电压端B连接，集成运放器5U2A的-Vs端接地，且外接+5V输入电压端B与接地端之间连接有电容C9，集成运放器5U2A输出端OUTl端通过电阻C12与集成运放器的-IN2输入端连接，集成运放器5U2A输出管脚 OUTl输出的叠加信号实现了偏置电压与调制电压的相加，以及信号反相；集成运放器5U2A输出管脚OUTl还通过电阻E14与U2A输入管脚-INl端连接，集成运放器5U2B的输入管脚+IN2通过电阻D13连接核心模块4V0UTF端的2. 5V输出偏置电压，集成运放器5U2B的输出信号连接恒流源驱动电路3三极管的发射极，输出信号再次实现反相处理，集成运放器5输出的电流值较小，不能满足直接驱动激光器的要求，U2A的OUTl端输出信号经电阻C12后，经电阻F15实现深度负反馈后连接到三极管16的发射极，三极管与集成运放器共同构成恒流源。三极管的发射极还通过电阻G17与半导体激光器SLD18负极连接，电阻G17起到分压作用，固定电阻G17的阻值可以实现驱动电流随输入信号的改变而改变，不受半导体激光器SLD18负载阻值的影响。半导体激光器SLD18正极还与外接+5V电源端C经过电容D19和电容E20降噪处理后半导体激光器SLD18。半导体激光器SLD18负极还通过电阻H21连接于电阻Bll和电阻E14之间，用于实现半导体激光器与运放反相输入端之间的降压。所述的集成运放器采用AD8066AR芯片，电路采用单运放形式，该运放为双通道高频运放，3dB增益带宽145MHz，可以实现高频调制输出。AD8066AR芯片的供电电压范围为5V 24V，所加载的电压为单端供电电压+5V，采用反相输入放大电路，引入深度负反馈电压，实际电路的输出电阻趋近于0，可以更好的实现电压-电流转换。本发明中优选电阻Bll阻值为20KQ，电阻E14阻值为IOKQ，电阻C 12阻值为IOKQ，电阻F15阻值为IOKQ，根据集成运放器5虚短、虚断原理，得到的恒流源表达式如下「]『2.5_ I =-
2^17三极管16采用PNP硅管BCX5316，为高频大功率三极管，截止频率150MHz，最大集电极工作电流I. 5A，最大功率lW，Uero = -80V，保证了三极管工作在输出特性中的线性放大区，最大集电极工作电压大于半导体激光器的工作电流I，最大功率大于IXVe。。
权利要求
1.一种基于单运放的光纤陀螺半导体激光器直接调制电路，其特征在于包括精密基准电压产生电路、调制信号发生电路以及恒流源驱动电路； 所述的精密基准电压产生电路的核心模块采用ADR391B芯片，用以产生低噪声且高精度的精密基准电压，管脚VIN端、管脚SHDN端均与外接+5V输入电压端A连接，管脚VOUTF端输出偏置电压为2. 5V ； 所述的调制信号发生电路的作用为将调频电压与直流偏置电压相叠加，精密基准电压产生电路的管脚VOUTF端输出的直流偏置电压信号与调频信号Uin经过电压跟随，接入集成运放器的U2A输入端，信号叠加之后形成带有直流偏置的调频信号，由外部信号发生器产生的交流信号Vm进入集成运放器前先通过RC低通滤波器，低通滤波后得到调频信号Uin ;集成运放器U2A输入管脚+INl与精密基准电压产生电路的VOUTFl端输出偏置电压通过电阻A连接，经RC低通滤波后的调频信号UIN经电阻B后输入至集成运放器U2A的输入管脚-IN1，集成运放器U2A的+Vs端与外接+5V输入电压端B连接，集成运放器U2A的-Vs端接地，集成运放器U2A输出端OUTl端通过电阻C12与集成运放器的-IN2输入端连接，集成运放器U2A输出管脚OUTl还通过电阻E与U2A输入管脚-INl端连接，集成运放器U2B的输入管脚+IN2通过电阻D连接核心模块VOUTF端的2. 5V输出偏置电压，集成运放器U2B的输出信号连接恒流源驱动电路中三极管的发射极，输出信号再次实现反相处理，U2A的OUTl端输出信号经电阻C后，经电阻F实现深度负反馈后连接到三极管的发射极，三极管与集成运放器共同构成恒流源，三极管的发射极还通过电阻G与半导体激光器SLD18负极连接，电阻G起到分压作用，半导体激光器SLD正极还与外接+5V电源端C经过电容D和电容E降噪处理后半导体激光器SLD，半导体激光器SLD负极还通过电阻H连接于电阻B和电阻E之间。
2.根据权利要求I所述的一种基于单运放的光纤陀螺半导体激光器直接调制电路，其特征在于所述的集成运放器采用AD8066AR芯片，电路采用单运放形式，该运放为双通道高频运放，3dB增益带宽145MHz，实现高频调制输出。
3.根据权利要求2所述的一种基于单运放的光纤陀螺半导体激光器直接调制电路，其特征在于所述的AD8066AR芯片的供电电压范围为5V 24V，所加载的电压为单端供电电压+5V，采用反相输入放大电路，弓I入深度负反馈电压。
4.根据权利要求I所述的一种基于单运放的光纤陀螺半导体激光器直接调制电路，其特征在于所述的三极管采用PNP硅管BCX5316，截止频率150MHz，最大集电极工作电流I.5A，最大功率 1W，Uceo = -80V。
5.根据权利要求I所述的一种基于单运放的光纤陀螺半导体激光器直接调制电路，其特征在于所述的电阻B阻值为20K Q，电阻E阻值为IOK Q，电阻C阻值为IOK Q，电阻F阻值为IOKQ o
全文摘要
本发明提出的一种基于单运放的光纤陀螺半导体激光器直接调制电路，属于光纤陀螺技术领域。所述的半导体激光器直接调制电路包括精密基准电压产生电路、调制信号发生电路以及恒流源驱动电路。所述的精密基准电压产生电路的核心模块采用ADR391B芯片，用以产生低噪声且高精度的精密基准电压，所述的调制信号发生电路的作用为将调频电压与直流偏置电压相叠加，集成运放器采用AD8066AR芯片，电路采用单运放形式，本发明的调制电路简单、实用、体积小并且抗干扰能力强，且设计有RC滤波电路，结合集成运放驱动，具有较高的调频线性度；采用大带宽运放并结合电路布局设计，提高电路带宽，可以实现高频调制。
文档编号H01S5/062GK102709809SQ20121012364
公开日2012年10月3日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者宋凝芳, 张倩, 张春熹, 徐小斌, 李彦, 潘雄, 肖智 申请人:北京航空航天大学