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新品降臨——DFB-2000近紅外激光驅(qū)動(dòng)器
簡(jiǎn)介：
海爾欣科技推出新一代激光器驅(qū)動(dòng)器DFB-2000，多種開箱即用的功能可以幫助用戶快速搭建系統(tǒng)光源，實(shí)現(xiàn)精密的光學(xué)測(cè)量。本篇將介紹DFB-2000核心性能參數(shù)的測(cè)試結(jié)果。
• 集成低噪聲的電流源和高穩(wěn)定的TEC溫度控制器
• 自帶14pin蝶形安裝座，更好的便攜性和機(jī)械穩(wěn)定性
• 全新的彩色觸摸屏，便于激光器工作參數(shù)的觀察和設(shè)置
• 多層級(jí)的保護(hù)措施確保激光器的安全，延長(zhǎng)激光器的使用壽命
技術(shù)參數(shù)：
l 電流噪聲密度：
電流噪聲密度是表征驅(qū)動(dòng)器電流源噪音水平的核心指標(biāo)。對(duì)于低噪聲的電流源而言，電流的波動(dòng)比實(shí)際電流要小10000甚至100000倍以上。為了測(cè)試如此微小的電流波動(dòng)，我們搭建了圖1所示的電路。
圖1.電流噪聲密度測(cè)試電路示意圖
DFB-2000輸出的電流I經(jīng)過精密電阻R后轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)Vin，并由增益為G的放大電路放大后輸入頻譜儀，圖2給出了頻譜儀測(cè)試的結(jié)果。圖中黃色信號(hào)為頻譜儀本底頻譜響應(yīng)曲線，綠色信號(hào)是放大器（輸入端短接）連接頻譜儀時(shí)的頻譜響應(yīng)曲線，當(dāng)DFB-2000輸出電流后頻譜響應(yīng)為藍(lán)色信號(hào)。根據(jù)功率噪聲密度計(jì)算公式以及電路傳輸特性，可以計(jì)算得到電流噪聲密度約為2.9 nA√Hz，這與進(jìn)口驅(qū)動(dòng)器的噪聲水平相當(dāng)。
圖2.DFB-2000頻譜噪聲測(cè)試
l 控溫穩(wěn)定性：
激光器工作溫度的變化會(huì)導(dǎo)致輸出波長(zhǎng)的不穩(wěn)定, 因此準(zhǔn)確穩(wěn)定地控制激光器工作溫度至關(guān)重要。為了評(píng)估DFB-2000的控溫性能，在室溫條件下，將激光器工作溫度設(shè)定在0℃，記錄24小時(shí)內(nèi)的溫度變化，如圖3所示。可以看出DFB-2000的溫度控制精度在±0.005℃以內(nèi)，長(zhǎng)期溫度穩(wěn)定性優(yōu)于0.01℃。由于0℃與環(huán)境溫度相差較大，因此可以預(yù)期當(dāng)激光器工作溫度接近室溫時(shí)，可以現(xiàn)實(shí)更優(yōu)的長(zhǎng)期溫度穩(wěn)定性。
圖3.激光器工作溫度在24小時(shí)內(nèi)的變化
l 電流漂移：
在典型的應(yīng)用環(huán)境中，一天之內(nèi)的溫度波動(dòng)往往會(huì)超過幾攝氏度。如果驅(qū)動(dòng)器達(dá)不到要求，微小的溫度變化可能意味著激光器的電流會(huì)發(fā)生顯著變化。下圖展示了利用DFB-2000驅(qū)動(dòng)的激光器工作在0℃時(shí)工作電流的漂移。在24小時(shí)內(nèi)，測(cè)試環(huán)境的溫度變化超過3℃，激光器電流的大漂移為37 µA。
圖4.DFB-2000輸出電流24小時(shí)的漂移
l 3dB帶寬：
小信號(hào)調(diào)制時(shí)的3dB帶寬是衡量驅(qū)動(dòng)器帶寬響應(yīng)特性的關(guān)鍵參數(shù)。下圖給出了帶寬響應(yīng)測(cè)試的電路圖。
圖5. DFB-2000帶寬響應(yīng)測(cè)試電路示意圖
函數(shù)發(fā)生器生成的正弦信號(hào)Vin通過模擬調(diào)制端口輸入DFB-2000，電流I經(jīng)過精密電阻R，測(cè)量R兩端電壓信號(hào)Vout，利用公式20log(Vout/Vin)計(jì)算得到帶寬，如圖6所示。在100kHz調(diào)制頻率以內(nèi)，驅(qū)動(dòng)器的增益平坦度小于-3dB，因此能夠滿足絕大多數(shù)基于波長(zhǎng)調(diào)制技術(shù)的TDLAS系統(tǒng)的需求。
圖6. DFB-2000帶寬響應(yīng)特性
l 電流軟鉗制：
DFB-2000集成了多重措施保護(hù)激光器的安全，如大電流軟鉗制、輸出緩啟動(dòng)、過壓欠壓保護(hù)、超溫保護(hù)、繼電器短路輸出保護(hù)等。其中大電流軟鉗制功能可以快速實(shí)現(xiàn)電流的鉗位，有效規(guī)避異常情況下大電流對(duì)激光器造成的損傷。
用戶在使用大電流軟鉗制功能時(shí)，首先要根據(jù)激光器參數(shù)設(shè)置對(duì)應(yīng)的大工作電流，當(dāng)激光器實(shí)際電流高于該電流時(shí)，DFB-2000會(huì)確保電流處于限流值。電流軟鉗制的測(cè)試電路與3dB帶寬測(cè)試相同。圖7（b）顯示了大電流軟鉗制的實(shí)際效果，可以明顯的看到，當(dāng)精密電阻R兩端電壓（紅色信號(hào)）超過閾值時(shí)，會(huì)被固定在該閾值電壓上。圖中調(diào)制信號(hào)（藍(lán)色三角波）幅度為1.54V，當(dāng)激光器工作電流為200mA，設(shè)置的大工作電流為250mA時(shí)，測(cè)試得到鉗制電壓為2.42V（DFB-2000模擬調(diào)制系數(shù)為100mA/V±5%），對(duì)應(yīng)鉗制電流為242mA，與實(shí)際設(shè)定值一致。
圖7.（a）電流工作在大鉗制電流以下（b）大電流軟鉗制的實(shí)際測(cè)試效果