本項(xiàng)目基于Cerebot32M*4板子作為系統(tǒng)的主控制器，設(shè)計(jì)一種全新架構(gòu)的大功率半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，針對(duì)大功率激光二極管的工作特點(diǎn)，設(shè)置相應(yīng)的傳感器，并將這些傳感器采集的信號(hào)統(tǒng)一送至PIC32控制板，有PIC32單片機(jī)控制各個(gè)激光模塊的工作狀態(tài)。具有創(chuàng)新性的是，利用網(wǎng)絡(luò)模塊可將PIC單片機(jī)處理的信號(hào)在網(wǎng)頁(yè)上實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且，當(dāng)某個(gè)激光模塊出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能夠檢測(cè)出故障并自動(dòng)啟動(dòng)備用模塊，保證了整個(gè)激光器系統(tǒng)的正常工作。廣泛應(yīng)用與工業(yè)加工，醫(yī)療等行業(yè)。
　　1.系統(tǒng)整體架構(gòu)：
　　本系統(tǒng)以Digilent公司的Cerebot32M*4開發(fā)板作為主控核心，通過外部擴(kuò)展的Pmod網(wǎng)絡(luò)模塊實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)與遠(yuǎn)程控制功能。針對(duì)大功率半導(dǎo)體激光器的工作特點(diǎn)，設(shè)置了數(shù)字式的電流，電壓采樣傳感器，功率采樣傳感器，單總線溫度傳感器。控制部分包括了軟啟動(dòng)電路，TEC制冷溫控模塊以及激光二極管控制電路。上述傳感器將采集信號(hào)傳送給PIC32控制器，由其將信號(hào)處理后輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，并將工作狀態(tài)參量上傳網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)原理框圖如圖一。
　　
　　圖表 1系統(tǒng)整體原理圖
　　2.主要模塊介紹
　　2.1 激光二極管電流噪聲傳感模塊
　　傳統(tǒng)的激光二極管陣列裝置的驅(qū)動(dòng)電路，可以精確控制電流，但電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，維護(hù)不便，且又僅靠模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)，無(wú)法與外部處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，不能很好地監(jiān)控激光管的工作狀況。該裝置采用PIC32單片機(jī)和和擴(kuò)展傳感器結(jié)合，當(dāng)半導(dǎo)體激光器串聯(lián)群中有一個(gè)或多個(gè)損壞，可以采用測(cè)量噪聲的方式來檢驗(yàn)和發(fā)現(xiàn)，并及時(shí)報(bào)警，從而確保整個(gè)系統(tǒng)工作的連續(xù)性、可靠性。
　　2.1.1電流噪聲巡檢原理
　　隨著半導(dǎo)體激光器在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其自身的噪聲性能也越來越受到人們的重視。對(duì)半導(dǎo)體激光器的噪聲特性進(jìn)行研究，不僅可以研究器件產(chǎn)生噪聲的機(jī)理，制備低噪聲器件，而且也可以依據(jù)器件的噪聲大小對(duì)器件進(jìn)行可靠性評(píng)估。激光器的電噪聲主要是由于載流子的漲落引起的，引起載流子的漲落因素很多，如注入電流的漲落，載流子的復(fù)合和產(chǎn)生速率的漲落，光子發(fā)射和吸收速率的漲落，以及光增益漲落。通過對(duì)激光的電噪聲測(cè)量，可以監(jiān)測(cè)激光器的諸多參數(shù)和性能。作為應(yīng)用而言，要求激光二極管應(yīng)具有最低的電噪聲和最高的穩(wěn)定性，因?yàn)轵?qū)動(dòng)電流的大小不僅會(huì)造成激光二極管的噪聲，還會(huì)造成輸出波長(zhǎng)光譜線寬的展寬。
　　本系統(tǒng)中LD光功率采樣模擬信號(hào)、電流采樣信號(hào)及溫度傳感信號(hào)經(jīng)放大后由A／D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，PIC32單片機(jī)接受此信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，反饋控制信號(hào)經(jīng)D／A
　　轉(zhuǎn)換后再分別送往激光器電流源電路，形成光功率的閉環(huán)控制。一旦有一個(gè)或多個(gè)激光二極管損壞，通過噪聲巡檢的方法及時(shí)發(fā)現(xiàn)并報(bào)警，同時(shí)通過PIC單片機(jī)自動(dòng)啟用備用激光二極管模塊。保證系統(tǒng)的正常工作。
　　因?yàn)樵撓到y(tǒng)需要控制多個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器D／A及模數(shù)轉(zhuǎn)換器A／D協(xié)調(diào)工作，如果由單片機(jī)直接控制，必然占用其過多的資源，因?yàn)閱纹瑱C(jī)還需要控制顯示、鍵盤和各種接口的工作，進(jìn)而加重其工作負(fù)擔(dān)。采用外部擴(kuò)展A／D、D／A很好地解決了這個(gè)問題。