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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37062| Título: | Desenvolvimento e controle de uma fonte óptica baseada em laser DFB 1550 nm com emissão de luz controlada para aplicação em sensores |
| Título(s) alternativo(s): | Development and control of an optical source based on 1550 nm DFB laser with controlled light emission for sensor applications |
| Autor(es): | Costa, Kelbin Diniz de Souza |
| Orientador(es): | Dreyer, Uilian José |
| Palavras-chave: | Detectores ópticos Lasers Modulação (Eletrônica) Amplificadores ópticos Geradores de pulso Optical detectors Modulation (Electronics) Optical amplifiers Pulse generators |
| Data do documento: | 28-Nov-2023 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | COSTA, Kelbin Diniz de Souza. Desenvolvimento e controle de uma fonte óptica baseada em laser DFB 1550 nm com emissão de luz controlada para aplicação em sensores. 2023. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023. |
| Resumo: | Sensores ópticos operam geralmente com a utilização de LEDs ou lasers. Controlar a potência óptica e a característica do sinal óptico emitido através da alimentação desses componentes é conhecido como a modulação óptica. O presente trabalho propõe a construção e desenvolvimento de um protótipo de fonte óptica baseado em um laser DFB de 1550 nm, buscando variação em amplitude e controle para essa modulação e visa substituir os convencionais drivers para lasers disponíveis no mercado proporcionando maior acessibilidade e flexibilidade no uso de fontes ópticas para sensoriamento, superando desafios de custo e disponibilidade. Para alcançar esse objetivo, foi indispensável garantir a alimentação apropriada e o controle do sinal injetado no laser. O controle do sinal elétrico injetado no laser foi realizado por meio de um microcontrolador Tiva C Series TM4C123G, sendo a alimentação conduzida por um circuito que faz uso de um amplificador operacional PA85, resultando em um sinal modulado e amplificado caracterizando um gerador de sinais com uma saída de onda quadrada. A pesquisa buscou investigar a potência óptica máxima alcançável pelo protótipo, examinar sua resposta espectral e proporcionar ao operador a flexibilidade de ajustar as frequências de operação em faixas de, pelo menos, 100 kHz. Isso envolveu a compreensão do sinal óptico de saída, a análise dos tempos de subida e descida, bem como a avaliação da largura de pulso, fundamental para entender a resposta em frequência do protótipo, evidenciando, desse modo, a frequência máxima de operação. A resposta óptica proveniente da fonte revelou-se altamente influenciada pelo sinal elétrico inserido no laser. A alteração na frequência de operação e na largura de pulso do sinal elétrico gerou respostas de frequência distintas, devido ao limiar do laser que ocorre exatamente na corrente mínima necessária para a emissão de luz pelo componente. Essa observação ressaltou a notável dependência do comportamento da fonte em relação à modulação do sinal no circuito de alimentação e à ativação da modulação PWM do sinal elétrico. Isso evidencia a importância do chaveamento do sinal para esta fonte, especialmente em frequências superiores a 100 kHz, pois influencia de maneira mais abrangente tanto na potência óptica de saída quanto na resposta em frequência do sinal. |
| Abstract: | Optical sensors operate based on light references, typically utilizing LEDs or lasers. Controlling the optical power and characteristics of the emitted optical signal through the supply of these components is known as optical modulation. This study proposes the construction and development of an optical source prototype based on a 1550 nm DFB laser, aiming for variability in amplitude and control for this modulation. The goal is to replace conventional laser drivers available in the market, providing greater accessibility and flexibility in the use of optical sources for communication and sensing, overcoming challenges of cost and availability. To achieve this objective, it was crucial to ensure proper power supply and control of the injected signal into the laser. The control of the electrical signal injected into the laser was carried out through a Tiva C Series TM4C123G microcontroller, with the power supply conducted by a circuit utilizing a PA85 operational amplifier, resulting in a modulated and amplified signal with step characteristics. The research aimed to investigate the maximum achievable optical power by the prototype, examine its spectral response, and offer the operator flexibility to adjust operating frequencies in ranges of at least 100 kHz. This involved understanding the output optical signal, analyzing rise and fall times, as well as evaluating pulse width, fundamental to understanding the prototype’s frequency response, thus highlighting the maximum operating frequency. The optical response from the source was highly influenced by the electrical signal inserted into the laser. Changing the operating frequency and pulse width of the electrical signal generated distinct frequency responses, due to the intentional feeding threshold of the laser occurring precisely at the minimum current required for the component’s light emission. This observation emphasized the notable dependence of the source’s behavior on the modulation of the signal in the power supply circuit and the activation of PWM modulation of the electrical signal. This underscores the importance of signal switching for this source, especially at frequencies above 100 kHz, as it broadly influences both the optical power output and the frequency response of the signal. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37062 |
| Aparece nas coleções: | CT - Engenharia Elétrica |
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