基于labVIEW环境的通信激光强度和波长调谐控制研究【开题报告】.doc

毕业设计开题报告 电子信息科学与技术 基于labVIEW环境的通信激光强度和波长调谐控制研究 一、选题的背景与意义 1970年美国贝尔实验室研制成功在可以在室温下连续工作的半导体激光器（laser diode），为光通信提供了实用化光源。目前，半导体激光器在通信、医疗、工业、国防军事等众多领域得到非常广泛的应用。在通信上，对于半导体激光器来说，光纤通信是当前主要的应用领域，未来的发展更是一个广阔的领域。其主要原因是相对与传统的电通信具有一下优点:通带宽，容量大，可实现波分密集复用（DVDM）.传输损耗小，可靠性高，可实现远距离通信。在医疗领域，激光医疗作为激光应用的一个重要领域，发展非常迅速，逐步走向成熟。半导体激光器因其具有体积小、重量轻、寿命长、功耗低、波长覆盖范围广等特点，特别适用于医疗设备的制造。在工业上，电气传感器一直作为测量物理与机械现象的标准设备发挥着它的作用。尽管它们在测试测量中无处不在，但作为电气化的设备，他们有着与生俱来的缺陷，例如信号传输过程中的损耗，容易受电磁噪声的干扰等等。用半导体激光器产生的光束代替电流，用标准光纤代替铜线作为传输介质，光纤传感器就是针对这些应用挑战相当好的解决方法。在国防军事上，信息战将是未来高技术战争的战略至高点，激光技术是获取和传输信息的重要手段，正面临着前所未有的挑战和机遇，目前军事方面的应用有激光雷达、激光模拟武器、激光警戒、激光制导跟踪等等。 半导体激光器的功率和波长是其工作特性的两个非常重要参数，对半导体激光器功率和波长的调谐研究十分必要。半导体激光器的输出功率与注入电流在理想情况下有,其中为曲线的斜率，为是LD的阈值电流。半导体激光器的阈值电流对温度敏感，可以表示为，其中是常数，是器件的特征温度，取决于器件的结构和所用材料。由于介质的折射率与温度有关，半导体激光器的发射波长与温度也有联系。理论分析和实验表明，半导体激光器的工作电流发生变化时,激光器不仅输出光强发生变化,峰值（中心）波长也随着工作电流的增加向长波方向移动。所以半导体激光器的输出波长可以表示为温度和输入电流的的函数。 我的研究工作是用上文提到的半导体激光器的功率、波长的两个关系式在LabVIEW环境下对半导体激光器的波长和功率的精确控制。在PC机的LabVIEW环境下开发出激光器控制的图形用户界面，通过微机与激光控制器进行交互通信，实现对激光器的相关功能操作。激光控制模块是以TI公司MSP430f149芯片为核心的控制器。 研究的基本内容与拟解决的主要问题： 本课题主要研究的是用LabVIEW的用户界面实现对激光器输出功率与波长的实时控制。在PC机的LabVIEW环境下开发出激光器控制的图形用户界面并通过微机与激光控制器（MCU）进行交互通信，实现对激光器的相关功能操作。需要解决的主要问题是图形界面的开发，MSP430f149的内嵌程序的编写，以及图形界面与控制器之间的通信。课题的难点是半导体激光器波长功率的精度和控制系统的可靠性、稳定性。 研究的方法与技术路线： 本课题的设计主要包括以下几个部分：LabVIEW用户界面设计和MSP430F149单片机的内嵌程序设计以及激光器相关参数的测量。图1是系统的整体框图。 图1 系统整体框图 LabVIEW用户界面设计 LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的而。在本课题中使用的版本是LabVIEW8.6简体中文版。LabVIEW与C和BASIC一样，也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。利用LabVIEW 友好的操作界面和强大的数据处理及显示功能，使用LabVIEW开发用户界面不仅减少了成本，还提高了系统的灵活性与可靠性。 完成用户界面设计需要编写串口通信子VI，数据处理子VI，控制命令子VI，用配置子VI以及前面板界面设计。需要使用LabVIEW函数库提供的各种结构如循环结构，事件结构，顺序结构，case结构，状态机结构等完成子VI的设计。 在LabVIEW环境下编写友好美观用户界面同时完成相关的数据处理，以及利用PC机串口的进行界面相关操作指令的收发。例如旋动界面激光波长旋钮或者功率旋钮，程序自动生成相关指令发送出去，在界面上也可以读取激光器的工作状态，工作参数并显示。 MSP430F149单片机的内嵌程序设计 MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器(Mixed Signal Processor)。MSP430F149具