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《吉林大学》 2004年
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半导体激光器噪声测试虚拟系统的研究

赵玲  
【摘要】:二十世纪六十年代研制的半导体激光器给光电子领域带来了勃勃 生机,随着应用领域的扩大,半导体激光器的研究和开发以突飞猛进的 速度发展。目前,半导体激光器已广泛的应用于光纤通信、光盘、激光 打印、信息存储、医疗、测量、泵浦固体激光器、集成光学等领域,在 高新技术领域中起到越来越重要的作用。因此,如何正确、方便的检测 半导体激光器的性能、质量并对其可靠性进行评价具有重要的意义。目 前半导体激光器通常采用电老化方法进行可靠性评价和筛选。在电老化 过程中,好的器件也要经受考验,受到热、电冲击,因此使器件寿命缩 短。如果在长时间电老化的过程中遇到系统失控或停电等意外情况,会 使器件成批的损坏,损失将是严重的。而且电老化对器件中的潜在缺陷 不敏感,具体表现为电老化筛选认为合格的器件在使用过程中也会发生 快速失效。因此如何分析影响器件可靠性的因素以及如何把不合格器件 (包括具有潜在缺陷的器件)快速、无损、方便地筛选出去是亟待解决 的问题。 半导体激光器噪声包括光噪声和电噪声,其中光噪声包括相位噪声 和强度噪声,电噪声包括热噪声、散弹噪声、1/f 噪声和 g-r 噪声等。 电噪声反映了材料和器件的不完整性,与器件和材料的质量息息相关, 在评价器件质量和可靠性方面近年来引起了人们的极大兴趣。在半导体 激光器问世不久,人们就开始了对其噪声特性的研],特别是近年来, 随着半导体激光器在各个领域的广泛应用,器件的噪声问题更是引起了 人们的普遍关注,对噪声的研究也更加深入和全面。 半导体激光器的低频电噪声测试需要频谱分析仪,但其造价很高, 因此本论文提出了能对半导体激光器的噪声进行测试的系统,即基于 PC 机的半导体激光器噪声测试虚拟系统,该系统以“虚拟仪器”来取 代造价高的频谱分析仪,把仪器软件化,降低了系统的成本。本系统能 对噪声进行时域显示、功率谱、功率谱密度、互功率谱、频率响应等测 试,并且可以根据信号的特点选择窗函数、数据平均的方法,以期用此 系统对半导体激光器进行低频电噪声测试和可靠性评估。 67 WP=75 吉林大学硕士学位论文 本文首先介绍了半导体激光器的噪声特性,特别是对激光器电噪声 作了重点的论述,包括电噪声的种类、特点、产生机制、主要应用等。 然后介绍了半导体激光器噪声测量的几种常用方法,其中基于 PC 机的 数字测量方法是本人在论文期间重点研究内容。该测试系统包括硬件部 分和软件部分:硬件部分主要采用了四种电路,它们是前置放大电路、 第二级放大电路、滤波电路和采集卡保护电路。该系统主要是测量半导 体激光器及其它半导体器件的电噪声,由于这些噪声电压是及其微弱 的,通常在几 nV 到几十 nV 之间。因此需要对他们进行放大,以满足数 据采集卡的分辨范围,同时放大器的本底噪声要低于这些噪声电压。由 于整个系统的本底噪声主要取决于前置放大器,所以本论文采用了英国 EGG 公司生产的 Model 5184 放大器作为前置级放大器,其噪声电压为 0.8nV/Hz1/2,固定放大倍数为 1000,基本满足了测量要求。第二级放大 电路我们采用了 AD 公司生产的 AD625 仪器放大器,其噪声电压为 5nV/Hz1/2,放大倍数 1-104之间可调。针对该系统的需要,本论文设计 了一个二阶低通滤波电路和采集卡保护电路,滤波器主要是起抗混叠滤 波的作用,而保护电路主要是避免信号过大烧坏采集卡,并且具有一定 的放大作用。最后我们采用了阿尔泰公司生产的 USB2007 数据采集卡, 它是 USB 总线兼容的数据采集卡,可经由 USB 电缆接入计算机,卡上装 有 14Bit 分辨率的 A/D 转换器,为用户提供了 4 路模拟输入通道,A/D 转换器输入信号范围±5V,USB2007 采集卡还具有 16 路开关量输出和 测频功能;软件部分是整个测试系统的核心,本论文利用“虚拟仪器” 技术模仿日本 ADVANTEST 公司生产的 R9211B/C FFT 分析仪的一些功能 设计了一台虚拟的频谱分析仪,主要的功能是频谱分析,其中还包括时 域波形显示、谱分析、谱密度分析、互谱分析和频率响应分析。目前正 在设计将小波分析和 matlab 嵌入到里面。此外软件也包括滤波、加窗、 平均等分析仪必备的功能,使得其具有较完善的分析功能,最大限度的 降低了系统成本,增强了系统的功能与灵活性。编写软件所使用的是美 国 National Instrument 公司开发的 LabVIEW 6.0 语言,它是专为“虚 拟仪器”设计的,是一套专为数据采集与仪器控制、数据分析和数据表 达而设计的图形化编程软件。它增强了用户在标准的计算机上配以高效 68 WP=76 吉林大学硕士学位论文 经济的硬件设备来构建自己的仪器系统的能力。将 LabVIEW 与一般的数 据采集以及仪器设备加以组合,设计出虚拟仪器,它包含各种功能函数, 从而使编程的工作方便、快捷,编制出的软件界面美观、类似于实际仪 器。数据采集卡的驱动程序采用 Visual C++ 6.0 编写,执行速度较快, 与 LabVIEW 之间采用 DLL 连接,使数据的采集与处理达到完美的结合。 整个系统的最大特点就是用虚拟仪器(即 P
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TP391.9

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 耿涛;基于光学腔量子电动力学的原子操控[D];山西大学;2006年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 胡贵军,石家纬,张素梅,张锋刚,李红岩;半导体激光器电噪声与非辐射复合电流的相关性[J];半导体光电;2001年01期
2 胡贵军,石家纬,李红岩,齐丽云,赵磊,张锋刚,张素梅;808nm大功率半导体激光器的低频电噪声[J];吉林大学自然科学学报;2000年03期
3 戴逸松;微弱随机信号功率谱的互相关测量原理及性能研究[J];计量学报;1991年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡贵军,石家纬;半导体激光器的电噪声[J];半导体光电;2002年03期
2 李应辉;陈春霞;蒋城;李冰;;光电耦合器辐照损伤的噪声检测[J];半导体光电;2008年03期
3 张兴;王品红;但伟;曹飞;陈春霞;邹泽亚;李祖安;;光电探测器组件辐照后性能退化的噪声表征[J];半导体光电;2011年05期
4 胡贵军,郭玉彬,李晓滨,王燕;半导体激光器噪声的测量[J];半导体技术;2001年01期
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6 朱漪云;成立;祝俊;李岚;王振宇;;低压低耗共源-共栅BiCMOS电荷放大器[J];半导体技术;2006年04期
7 谢端;赵健;王党会;郭秀梅;;基于噪声奇异性的光耦器件爆裂噪声检测新法[J];半导体技术;2008年05期
8 王党会;许天旱;谢端;王党朝;;用1/f噪声表征VDMOS器件的抗辐照性能[J];半导体技术;2008年07期
9 陈华;杜磊;庄奕琪;陈文豪;唐冬和;李晨;;散粒噪声用于纳米电子器件与结构的量子效应表征[J];微纳电子技术;2009年04期
10 包军林,庄奕琪,杜磊,吴勇,马仲发;光电耦合器件g-r噪声模型[J];半导体学报;2005年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张训文;杨敏;韩青;杨萱;;基于PCI总线的高速数据采集程序设计[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅱ[C];2011年
2 胡瑾;杜磊;包军林;周江;庄奕琪;;混合集成光电耦合器噪声特性研究[A];第十四届全国混合集成电路学术会议论文集[C];2005年
3 曹玉红;;基于LabWindows/CVI的数据采集系统[A];四川省电子学会传感技术第九届学术年会论文集[C];2005年
4 崔东森;郭俊杰;;基于虚拟仪器的某电子舱综合测试台[A];制造技术自动化学术会议论文集[C];2004年
5 周继勇;刘斌;;虚拟仪器的网络化技术综述[A];四川省通信学会2003年学术年会论文集[C];2003年
6 周林;栗秋华;张凤;庄华;;基于虚拟仪器的信号频域分析与处理系统的设计与实现[A];第三届科学仪器前沿技术及应用学术研讨会论文集(三)[C];2006年
7 郑永军;杨春园;王书茂;王荣杰;;汽车虚拟仪表实验系统设计[A];2007'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集(一)[C];2007年
8 刘斌;王安民;张云;;一种基于虚拟仪器的通用执行机构仿真器的设计[A];2007'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集(二)[C];2007年
9 张扬;张丽;陈国栋;;IVI仪器驱动器在某航电检测系统中的应用研究[A];2007'仪表,自动化及先进集成技术大会论文集(一)[C];2007年
10 贾惠芹;薛朝妹;;基于NI-VISA的第三方板卡驱动程序开发方法研究[A];2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集(Ⅲ)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨军;太阳能新风系统设计与控制方法研究[D];北京邮电大学;2011年
2 陈华;半导体纳米器件的噪声模型及其应用研究[D];西安电子科技大学;2010年
3 李伟华;半导体器件噪声频域和时域分析的新方法研究[D];西安电子科技大学;2010年
4 王军;低噪声放大器模块化分析与设计的等效噪声模型法的研究[D];电子科技大学;1999年
5 华云松;热带连轧辊型在线检测技术的理论与实验研究[D];燕山大学;2003年
6 柏林;网络化虚拟仪器核心技术及其典型案例的研究[D];重庆大学;2004年
7 王见;网络化虚拟仪器及其在PDA中的应用研究[D];重庆大学;2004年
8 钟和清;激光热核聚变能源系统研究[D];华中科技大学;2004年
9 徐雁;光电直流电流及谐波电流互感器的研究[D];华中科技大学;2004年
10 艾青林;轴向柱塞泵配流副润滑特性的试验研究[D];浙江大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 葛松林;基于CAN总线的纺织小张力智能传感器的研究[D];浙江理工大学;2010年
2 曾秀云;基于虚拟仪器的信号采集与控制系统开发[D];电子科技大学;2010年
3 张敏;毫米波矢量调制器的研究[D];电子科技大学;2011年
4 肖庆;应变SiGe PMOSFET制造工艺与热载流子效应研究[D];西安电子科技大学;2011年
5 殷雪松;红外探测器低频噪声测量及应用研究[D];西安电子科技大学;2011年
6 赵瑛;基于噪声的pn结材料辐射损伤评价方法研究[D];西安电子科技大学;2011年
7 冯笑然;高阻器件低频噪声测试技术与应用研究[D];西安电子科技大学;2011年
8 唐冬和;纳米MOSFET散粒噪声抑制及其应用[D];西安电子科技大学;2011年
9 牛文娟;高k介质MOS器件隧穿低频噪声模型研究[D];西安电子科技大学;2011年
10 彭丽娟;基于噪声的太阳能电池检测方法[D];西安电子科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 ;中国物理学会2003年秋季学术会议总结[J];物理;2003年11期
2 ;山东省委书记吴官正致省建设厅王军民厅长的信(摘要)[J];小城镇建设;2000年09期
3 ;中国激光医学杂志稿约[J];中国激光医学杂志;2005年06期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 张勇;LD泵浦的多模固体激光器自混合干涉效应的理论与应用研究[D];天津大学;2003年
2 刘涛;铯原子磁光阱及光学偶极俘获的实验与理论研究[D];山西大学;2004年
3 常宏;原子相干中交叉Kerr效应的实验研究及全光学开关的实现[D];山西大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 刘增辉;光栅外腔可调谐半导体激光器系统的设计[D];吉林大学;2004年
2 武海斌;Λ型三能级原子系统中的Kerr非线性效应及~(87)Rb原子的冷却和俘获[D];山西大学;2005年
【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 李刚;高精细度微光学腔及单原子的控制与测量[D];山西大学;2007年
2 卫栋;~(87)Rb-~(40)K玻色费米混和气体磁光阱的实验研究[D];山西大学;2007年
3 张玉驰;光学腔量子电动力学中的单原子探测及控制[D];山西大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 陈明睿;压缩光的F-P腔器件与成像系统研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 安姽,顾世惠,包其伦;GaAs MESFET器件低频噪声机理的实验研究[J];固体电子学研究与进展;1989年03期
2 石家纬,金恩顺,马靖,戴逸松,张新发;半导体激光器的低频电噪声谱密度和器件的可靠性[J];中国激光;1993年10期
3 马东阁,石家纬,金恩顺,刘明大,李淑文,高鼎三;1.3μm InGaAsP/InP超辐射发光二极管的低频光、电噪声研究[J];中国激光;1996年09期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 单永政,杜宝勋;非均匀半导体激光器传输特性的理论分析[J];半导体学报;1983年01期
2 梁桂云;陈雅符;;直接调制半导体激光器产生高峰值功率的微微秒光脉冲[J];激光技术;1983年04期
3 庄云琴;;1.32μm 单频高功率 Nd∶YAG 激光器[J];激光与红外;1983年06期
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6 邱昆,高以智;用SHG方法测量半导体激光器超短光脉冲[J];激光与红外;1990年02期
7 刘斌;屠玉珍;顾德英;金志良;方祖捷;周均铭;黄绮;;分子束外延生长多量子阱激光器的实验研究[J];微纳电子技术;1991年06期
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9 刘国军,张千勇,杨晗,张兴德,李学谦,宋晓伟,曲轶,王晓华;半导体激光器材料的MBE生长[J];长春光学精密机械学院学报;1997年03期
10 江涛;利用半导体激光器进行水稻栽培实验获得成功[J];红外;1999年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张天才;侯占佳;王军民;谢常德;彭墀;;弱反馈下半导体激光器中的光子数压缩[A];第七届全国量子光学学术报告会论文摘要集[C];1996年
2 高业胜;郑光金;赵耀;;乙炔气体吸收半导体激光稳频技术研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
3 李润兵;王平;王谨;詹明生;;用P-D-H方法对半导体激光器的稳频[A];湖北省物理学会、武汉物理学会2004’学术年会论文集[C];2004年
4 陈云良;王海龙;;半导体激光器的广泛应用[A];上海市激光学会2005年学术年会论文集[C];2005年
5 陈徐宗;张剑;袁杰;陈超;王义遒;;630nm-640nm波段半导体激光频率标准的研究进展[A];第十届全国量子光学学术报告会论文论文集[C];2002年
6 潘振华;王兴;赵宇;高慧;李迎新;;多功能家用半导体激光治疗仪的研制[A];天津市生物医学工程学会2008年年会暨首届生物医学工程与临床论坛论文集[C];2008年
7 张玉驰;王晓勇;李刚;王军民;张天才;;自由运转半导体激光器边模间的强度起伏关联[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
8 惠荣庆;;半导体激光器四波混频中的相位噪声[A];中国科学技术协会首届青年学术年会论文集(工科分册·上册)[C];1992年
9 赵军卫;吴勇;陈绍武;刘福华;;一种实用的连续泵浦半导体激光器驱动电源设计[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
10 张海明;王晋疆;林久令;刘旭升;陈国相;;高功率短脉冲半导体激光器驱动电源的研制[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王晶;朗讯贝尔实验室推出新款半导体激光器[N];通信产业报;2002年
2 ;半导体激光器应用市场广阔[N];中国电子报;2000年
3 邵珍珍 本报记者 张显峰;蓝光半导体激光器让300张光盘变1张[N];科技日报;2005年
4 正 子;超宽带半导体激光器问世[N];光明日报;2002年
5 刘晶;超宽带半导体激光器问世[N];中国电子报;2002年
6 ;高性能超宽带半导体激光器[N];人民邮电;2002年
7 记者 杨耀青;我市10个项目获2840万元[N];西安日报;2011年
8 中国科学院半导体所副研究员 陈少武 韩勤;激光器家族添新丁[N];科技日报;2001年
9 高新区(滨江)报道组 余小平 宋桔丽 记者 王力 通讯员 胡晓辉;人才奖项为何频频青睐高新区(滨江)?[N];杭州日报;2009年
10 ;什么是光纤通信[N];光明日报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 田苗苗;电泵浦有机半导体激光器及其特性研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
2 李再金;半导体激光器腔面光学膜关键技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
3 马巧梅;基于半导体激光能量源的直接成型关键技术研究[D];中北大学;2010年
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6 耿涛;基于光学腔量子电动力学的原子操控[D];山西大学;2006年
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8 于海鹰;半导体激光器与光纤高效耦合特性的研究[D];北京工业大学;2006年
9 常国龙;半导体激光器辐射效应及影响研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 常国龙;半导体激光器辐射效应及影响研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高扬;半导体激光器噪声测试系统的研究[D];吉林大学;2005年
2 曹兰兰;基于半导体激光器干涉测量长度方法的研究[D];北京交通大学;2011年
3 徐小红;半导体激光器寿命测试系统研制[D];中国地质大学(北京);2005年
4 刘鹏;用于半导体激光器恒流源的信号转换电路设计[D];吉林大学;2004年
5 吴加贵;半导体激光器混沌特性以及混沌同步在保密通信中的应用[D];西南大学;2006年
6 孙帅;激光束时空双域整形技术研究[D];西安工业大学;2011年
7 张丽;新型半导体激光器热特性的研究及常规量子阱激光器的优化[D];北京工业大学;2002年
8 曲航;低频1/f噪声在半导体激光器可靠性中的应用[D];吉林大学;2007年
9 孔慧君;半导体激光器非线性动态行为的研究[D];西南大学;2007年
10 王莹;半导体激光器电导数测量与可靠性分析[D];吉林大学;2009年
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