半导体激光器温度影响调频激光雷达性能分析

"这篇论文是2010年由赵继广、张智诠和张晓永共同撰写，发表在《装备指挥技术学院学报》上，探讨了半导体激光器温度效应对调频体制激光雷达的影响。研究指出半导体激光器的输出光功率受温度变化影响显著，尤其是在平衡温度下，动态平衡温度调制会对其输出功率造成影响，进而影响激光雷达的测量性能。论文分析了温度、阈值电流和斜率效率之间的关系，并通过实验测量50mW半导体激光器的光功率输出特性，为理解这些影响提供了理论和实证依据。" 半导体激光器是现代激光雷达系统中的核心组件，其性能直接影响到系统的精度和稳定性。在调频体制激光雷达中，激光器的频率被连续调制，以此来获取目标的距离和速度信息。温度变化对半导体激光器的工作状态有显著影响，主要表现在以下几个方面： 1. 输出光功率与温度的关系：半导体激光器的输出光功率与工作温度紧密相关。当温度升高，半导体材料的能带结构会发生变化，导致阈值电流增大，光功率输出降低。反之，温度降低会使阈值电流减小，光功率增加。这种变化会影响激光雷达的探测距离和信噪比。 2. 动态平衡温度调制：当激光器工作在平衡温度下，其内部热效应与散热机制达到平衡，此时输出功率会受到动态平衡温度的调制。这种调制使得激光输出功率不稳定，从而影响雷达信号的稳定性。 3. 阈值电流与斜率效率：阈值电流是激光器开始产生激光的最小电流，而斜率效率则是光功率对电流的增益。温度变化不仅影响阈值电流，还会影响斜率效率，导致激光器的光谱特性变化，可能引起频率漂移，影响雷达的测距精度。 4. 测量系统与实验验证：为了深入理解这些影响，研究者构建了测量系统，专门测试了50mW半导体激光器的光功率输出特性。实验结果为理论分析提供了实证支持，进一步揭示了温度变化如何实际影响激光雷达的性能。 5. 激光雷达系统优化：基于这些分析，可以采取措施如采用温度控制技术来稳定激光器的工作环境，或者在系统设计时考虑温度补偿算法，以减小温度变化对激光雷达性能的影响。 这篇论文强调了半导体激光器温度效应在调频体制激光雷达中的重要性，并提供了理论分析和实验数据，对于优化激光雷达系统设计和提高其性能具有指导意义。理解和控制这些影响因素对于实现高精度、高稳定性的激光雷达系统至关重要。