[Herz 4]

В моём стенде измеряется уровень света, рассеянного неким объектом; объект облучается лазером.

(Я упоминал об этом в теме о Transimpedance amplifier, если кто помнит). Понятно, что параметры облучения должны учитываться и, по возможности, быть стабильными. Поэтому ввёл контроль средней мощности лазера. В качестве мониторного используется внутренний фотодиод.

Схему драйвера ЛД я прикрепил ниже, она довольно примитивна. (хочу только заметить, что величина POWER отсчитывается относительно опорного Uref. Так было удобно для АЦП)

Обнаружилось, что после включения наблюдается монотонное снижение оптической мощности, связанное, видимо, с прогревом лазера. На приведенном графике можно это видеть. Соответственно снижается и уровень полезного сигнала (на диаграмме Light). Кривые хорошо апроксимируются полиномиальными трендами четвёртого порядка. Процесс весьма длительный - по горизонтальной оси градуировка в секундах. Хотелось бы избавиться от столь нелинейного дрейфа. Повышать пропорционально ток ЛД не могу - есть опасность превысить лимит. Тем более, что это приведёт к ещё более интенсивному разогреву. Кроме того, петля ОС по оптической мощности в драйвере ЛД присутствует. Охлаждать лазер - громоздко, да и стабилизировать будет трудно. Единственное, что приходит в голову: корректировать результат, деля измеренную величину Light на величину Power. Может, есть ещё предложения? Посоветуйте.

Изменено 15 февраля, 2007 пользователем Herz

[DS 0]

Если лазер без термостабилизации, надо нормировать.

[deemon 0]

Что-то я не догоняю .... если в драйвере есть ООС по оптической мощности , так что ж она не стабилизирует ? :) Не проще ли довести схему стабилизации до ума , так чтобы лазер работал стабильно , чем коррекции всякие вводить ?

[Herz 4]

Если лазер без термостабилизации, надо нормировать.

Очевидно. Но элементарное соотношение величины полезного сигнала (в стационарных условиях, естественно) к измеренной средней оптической мощности не даёт стабильной поправочной величины. Есть подозрение, что коэффициент мониторинга (отношение тока мониторного фотодиода к мощности излучения) тоже зависит от температуры. По поводу термостабилизации. Признаюсь, данный аспект был мной легкомысленно упущен, что подтвердил эксперимент - банальный крошечный вентилятор, обдувающий узел ЛД. Картинка внизу иллюстрирует степень важности вопроса. А Вам не приходилось заниматься термостабилизацией ЛД? С удовольствием послушал бы советы.

Возникла мысль: нельзя ли использовать величину прямого падения напряжения на ЛД в качестве информативного? Схемное решение не обещает быть простым, но заманчиво: исключаются влияния переходных термосопротивлений и появляется доступ к "первоисточнику". Как считаете?

 

 

[DS 0]

Мне приходится стабилизировать лазер с точностью 0.01 градуса - важна стабильность частоты излучения. В лазер встроены терморезистор и пельтье. Стабилизирую контроллером. Диод для нормировки мощности я использую внешний - внутренний имеет очень малую площадку и из-за интерференционных полос, которые по ней бегают при изменении температуры/тока, не годится для сколь-нибудь точных измерений.

Стекляшкой откиньте 1% мощности на диод с площадкой в 1 мм.

Уберите стабилизацию тока по интенсивности, если нет существенного запаса по мощности, лучше работать с максимальным током и корректировать результат по реальной мощности излучения.

 

Вряд ли можно адекватно измерять температуру по прямому падению, лазер все-таки не совсем обычный переход. Лазер на медяшку, на нее же терморезистор, это все на Пельте, если питание позволит 2-3 ватта на это потратить. Если удасться лазер держать при температуре 10 -15 градусов. его КПД прилично вырастет.

[Tanya 4]

Так чья температура Вам гадит - лазера или контрольного (опорного) фотодиода?

Если первое, то может проще поделить на опорный сигнал?

Есть еще вариант, что температура на юстировку влияет, тогда либо конструкцию менять, либо термостабилизировать все, что можно... и нельзя.

[DS 0]

Так опорный диод - это часть лазера, они на одном кристаллодержателе смонтированы.

[Herz 4]

Мне приходится стабилизировать лазер с точностью 0.01 градуса - важна стабильность частоты излучения. В лазер встроены терморезистор и пельтье. Стабилизирую контроллером. Диод для нормировки мощности я использую внешний - внутренний имеет очень малую площадку и из-за интерференционных полос, которые по ней бегают при изменении температуры/тока, не годится для сколь-нибудь точных измерений.

Стекляшкой откиньте 1% мощности на диод с площадкой в 1 мм.

Уберите стабилизацию тока по интенсивности, если нет существенного запаса по мощности, лучше работать с максимальным током и корректировать результат по реальной мощности излучения.

 

Вряд ли можно адекватно измерять температуру по прямому падению, лазер все-таки не совсем обычный переход. Лазер на медяшку, на нее же терморезистор, это все на Пельте, если питание позволит 2-3 ватта на это потратить. Если удасться лазер держать при температуре 10 -15 градусов. его КПД прилично вырастет.

Понял, спасибо. А почему именно терморезистор? Всё это у Вас в "термосе"? Не потеет?

[DS 0]

Начинка лазера вместе с пельте (это так называемый стандартный Butterfly модуль) герметизирована в его корпусе, так что не потеет. Терморезистор имеет большую чувствительность в том диапазоне, где лазера используются. Я не видет серийных схем с другими датчиками температуры.

[deemon 0]

Самое смешное тут - сама постановка проблемы :) Альтернатива-то одна - или внутренний фотодиод правильно измеряет мощность лазера , или неправильно . Если правильно - то нужно делать ООС по сигналу с этого диода . Если неправильно - то ставить внешний диод , и запускать ООС с него . Вот и всё :a14:

Правда , возможна ( теоретически ) ситуация , когда рабочий диапазон токов лазера не позволяет поддерживать мощность его излучения во всём рабочем диапазоне температур , так тут тоже есть два выхода - или термостат для лазера , или ( если уж никак нельзя ) - коррекция усиления по реальной мощности . Но последний вариант самый неприятный , ибо возможны разные проблемы с точностью работы всей системы . И что характерно - для этого варианта тоже нужно знать , правильно ли внутренний диод меряет мощность , и можно ли с него снимать сигнал для коррекции .......

[Herz 4]

Самое смешное тут - сама постановка проблемы :) Альтернатива-то одна - или внутренний фотодиод правильно измеряет мощность лазера , или неправильно . Если правильно - то нужно делать ООС по сигналу с этого диода . Если неправильно - то ставить внешний диод , и запускать ООС с него . Вот и всё :a14:

Правда , возможна ( теоретически ) ситуация , когда рабочий диапазон токов лазера не позволяет поддерживать мощность его излучения во всём рабочем диапазоне температур , так тут тоже есть два выхода - или термостат для лазера , или ( если уж никак нельзя ) - коррекция усиления по реальной мощности . Но последний вариант самый неприятный , ибо возможны разные проблемы с точностью работы всей системы . И что характерно - для этого варианта тоже нужно знать , правильно ли внутренний диод меряет мощность , и можно ли с него снимать сигнал для коррекции .......

Как Вы сами видите - "постановка проблемы" тут - не самое смешное. Полагаться на внутренний фотодиод или нет - без охлаждения всё равно на обойтись, иначе глубокая ОС загонит ток лазера в запредельную область (и не только теоретически :) ). Ведь КПД ЛД с нагревом падает существенно. Готовые модули на нужную длину волны мне недоступны, придётся городить что-то самому. :(

[deemon 0]

Как Вы сами видите - "постановка проблемы" тут - не самое смешное. Полагаться на внутренний фотодиод или нет - без охлаждения всё равно на обойтись, иначе глубокая ОС загонит ток лазера в запредельную область (и не только теоретически :) ). Ведь КПД ЛД с нагревом падает существенно. Готовые модули на нужную длину волны мне недоступны, придётся городить что-то самому. :(

 

 

А почему это ООС должна загнать ток в запредельную область ? Это ведь МЫ решаем , куда оно должно загнать , а куда нет :) А самый главный вопрос такой - хватит ли для работы системы ( с некоторым запасом ) выходной мощности лазера при максимальной температуре и максимальном токе ? Если хватит - то ЭТУ мощность лазер будет излучать при любых условиях , просто при включении ток будет меньше , только и всего . Об этом позаботится ООС :) Далее , если НЕ хватит , можно проверить режим с вентиляцией , может быть , хватит только её . Это уж точно проще и дешевле , чем Пельтье . Опять же , нужно проверить , какой у лазера минимальный ток , при котором он излучает нормально , чтобы ООС не загоняла его в неправильный режим сразу при включении , когда он холодный . Смысл в том , что нужно пробовать более простые решения , и если они не работают - тогда уж переходить на сложные .......

[Tanya 4]

Самое смешное тут - сама постановка проблемы :) Альтернатива-то одна - или внутренний фотодиод правильно измеряет мощность лазера , или неправильно . Если правильно - то нужно делать ООС по сигналу с этого диода . Если неправильно - то ставить внешний диод , и запускать ООС с него . Вот и всё :a14:

Правда , возможна ( теоретически ) ситуация , когда рабочий диапазон токов лазера не позволяет поддерживать мощность его излучения во всём рабочем диапазоне температур , так тут тоже есть два выхода - или термостат для лазера , или ( если уж никак нельзя ) - коррекция усиления по реальной мощности . Но последний вариант самый неприятный , ибо возможны разные проблемы с точностью работы всей системы . И что характерно - для этого варианта тоже нужно знать , правильно ли внутренний диод меряет мощность , и можно ли с него снимать сигнал для коррекции .......

Как Вы сами видите - "постановка проблемы" тут - не самое смешное. Полагаться на внутренний фотодиод или нет - без охлаждения всё равно на обойтись, иначе глубокая ОС загонит ток лазера в запредельную область (и не только теоретически :) ). Ведь КПД ЛД с нагревом падает существенно. Готовые модули на нужную длину волны мне недоступны, придётся городить что-то самому. :(

Вот и придется Вам все равно внешний детектор ставить.

Тогда сам Бог велел этот сигнал через управляемый делитель (умножающий ЦАП, например) завести в обратную связь. Измерение само собой получится...

[deemon 0]

Вот и придется Вам все равно внешний детектор ставить.

Тогда сам Бог велел этот сигнал через управляемый делитель (умножающий ЦАП, например) завести в обратную связь. Измерение само собой получится...

 

Вопрос - а зачем тут умножающий ЦАП ? Просто заводим сигнал от доп.фотодиода в ООС и стабилизируем мощность . Далее , если сигнал на приёмной стороне подвергается оцифровке , то мы можем подать сигнал с этого фотодиода на опору АЦП , и таким образом скорректируем остаточную погрешность петли ООС стабилизации мощности . Это и будет самое точное решение .........

[Tanya 4]

Вот и придется Вам все равно внешний детектор ставить.

Тогда сам Бог велел этот сигнал через управляемый делитель (умножающий ЦАП, например) завести в обратную связь. Измерение само собой получится...

 

Вопрос - а зачем тут умножающий ЦАП ? Просто заводим сигнал от доп.фотодиода в ООС и стабилизируем мощность . Далее , если сигнал на приёмной стороне подвергается оцифровке , то мы можем подать сигнал с этого фотодиода на опору АЦП , и таким образом скорректируем остаточную погрешность петли ООС стабилизации мощности . Это и будет самое точное решение .........

Herz'у надо отражение измерять. Речь шла про другую обратную связь...