摘 要

分布式反馈（DFB）激光器是一种典型的波长可调谐激光器，是光纤传感检测技术中的常用光源。DFB激光器最大特点是具有非常好的单色性，被广泛的应用于光纤传感领域。因此，研究DFB激光器波长调谐系统具有实用价值。本文分析了DFB激光器波长调谐的工作原理和工作特此，指出DFB激光器具有波长可调谐、频率稳定性好的优点，其输出波长由驱动电流和温度共同决定。本文分析比较了两种调谐方式的特点，所得结果对与设计DFB波长调谐系统具有重要的指导意义。

论文主要研究了用于温度波长调谐的恒温电路及温度控制电路；用于电流波长调谐的电流驱动电路、电压电流转换电路，结合嵌入式系统设计了一套能够较为稳定地输出光波的DFB激光器波长调谐系统。

测试结果表明：工作温度可以大范围的调节激光器的波长，但是调节速度慢、调节不够精细，改变驱动电流大小可以小范围调节激光器的输出波长，调节精度高，调节速度快。

关键字：DFB激光器；波长调谐；恒温电路；电流驱动

Abstract

Distributed feedback (DFB) laser is a typical wavelength tunable laser, fiber optic sensing technology is commonly used in the light source. DFB laser is characterized by a very good monochrome, is widely used in the field of optical fiber sensing. Therefore, it is of practical value to study DFB laser wavelength tuning system. This paper analyzes the working principle and work of DFB laser wavelength tuning. It is pointed out that DFB laser has the advantages of wavelength tunable and stable frequency, and its output wavelength is determined by driving current and temperature. This paper analyzes and compares the characteristics of the two tuning modes, and the results are of great significance to the design of DFB wavelength tuning system.

This paper mainly studies the thermostat circuit and temperature control circuit for temperature wavelength tuning. The current driving circuit, voltage and current conversion circuit for current wavelength tuning, combined with the embedded system, designed a set of DFB laser with stable output light Tuning system.

The test results show that the operating temperature can adjust the wavelength of the laser in a wide range, but the adjustment speed is slow and the regulation is not fine enough to change the drive current size to adjust the output wavelength of the laser, adjust the high precision and adjust the speed.

Key words: DFB laser; wavelength tuning; thermostat circuit; current drive

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究状况 1

1.3 论文主要安排内容 3

第2章 DFB激光器波长调谐原理及系统设计 4

2.1 DFB激光器波长调谐原理 4

2.1.1 DFB激光器工作原理 4

2.1.2 DFB激光器封装结构 5

2.1.3 DFB激光器选型 6

2.2 DFB激光器温度控制电路设计 7

2.2.1 恒温电路设计 7

2.2.2 温度波长调谐电路设计 9

2.3 DFB激光器驱动电路设计 10

2.3.1 电流波长调谐电路 10

2.2.3电流驱动电路 12

2.4 主控制器电路设计 12

2.5 PCB电路板设计 14

第3章 系统软件设计及测试 15

3.1 系统整体结构 15

3.2 系统软件设计 15

3.2.1 DDS接口程序 16

3.2.2 D/A接口程序 17

3.3 系统性能测试 18

3.3.1 温度波长调谐测试 18

3.3.2 电流波长调谐测试 19

第4章 总结和展望 23

参考文献 24

附录 25

致 谢 27

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

20世纪60年代，世界上第一个激光器，即红宝石激光器被发明。一年后，关于在光纤中将激光震荡和放大的可能性得到论证。经过不懈的努力，在20世纪60年年代中期^[1]，科学家实现了世界上的首次激光震荡。此后，伴随着半导体激光器、增益光纤制造等技术的发展，光纤激光器展现出自身发展潜力。进入21世纪，由于具有光束质量好、结构简单、易于集成、维修方便、体积小、效率高、寿命长、工作稳定可靠、输出方式灵活、高功率输出能力、环境适应性强、电磁兼容性好、输出控制方便以及制造成本低等优势，光通信应用发展的特别迅猛，带来很多以前没有的技术体验。

随着光通信网络在传输速度上的不断提高、以及传输容量不断增大，波长能够进行调谐的激光器慢慢地显现出了它的便捷的优势。波长可调谐激光器已经成为全光网络和密集波分复用（DWDM）系统中的的关键器件，将会给光网络带来前所未有的灵活性以及动态性能。目前，密集波分复用系统的信道间隔降低至25GHz，若在光通信系统中，使用输出波长可以调谐的激光器，那么整个系统的维护成本、运营成本就会减少很多。这是因为如果使用输出光波波长固定的激光器，那么在光通信系统中，所需要的每个不同的波长的光，都必需一个能够输出特定波长的激光器，有时还需要更多的进行备份；若采用波长可调谐的激光器，在需要不用波长的激光时，只需要数量很少的可调谐激光器就可以达到目的。

分布式反馈（DFB）激光器是一种窄带宽激光器，是进行光纤传感检测方面的经常会使用的光源。分布反馈式激光器最大的优势在于，相比其他类型的激光器，它是具有非常好的单色出光性能，它的线宽一般来说能够做到小于1MHz。除此之外，分布式反馈（DFB）激光器具有特别高的边模抑制比，现在市面上的此类激光器，可达40-50dB以上^[2]。DFB激光器被广泛的应用于光纤感领域，充分发挥出它电流可调谐性好，调谐精度高，调谐相应速度快等显著优势。