半导体激光器自动温度控制电路设计

合集下载

半导体激光器驱动及温度控制电路

电路设计报告（姓名：_________学号：________）一、半导体激光器驱动电路激光二极管广泛用作于光纤通信中的光源，采用恒流驱动方式。

电路中，VT 1和VT 2构成恒流源，稳压二极管VD Z 为恒流源提供稳定的基准电压，RP 1限制该电路的电流，RP 2调节最佳工作点。

当电流很小时，激光二极管VD 1不发光，光电二极管VD 2检测不到光功率。

这时，比较器A 1输出高电平，监视发光二级管LED 不发光显示。

调节电路中电流使其超过激光二极管的阈值电平时，激光二极管获得足够大的功率而发光，VD 2中有光电流流过，LED 发光显示。

123456ABCD654321D CBATit leN u mb er Rev isio nSize B D ate:5-A p r-2012Sh eet o fFil e:E:\ED A\半导体激光器驱动电路.d d b D raw n By 0.1μF0.1μF100K Ω2K Ω10K Ω820Ω200Ω10K Ω22Ω10ΩRP2500ΩRP11K ΩLED9013V T1V T225C3039A 1LM339A 2LM339V D2PH OTO3.6VV DzV D1LDV CCV CCTTL 输入二、半导体激光器温度控制电路这种驱动电路也可作为热电冷却器TEC 中温度控制电路，如下图。

TEC 控制电路是基于比较器A 1的反馈系统。

若温度高于设定值，A 1反相输入端电压低于其低阈值电平，A 1输出高电平，通过R 1、VT 1和VT 2驱动TEC 。

TEC 电流由VD 1进行限制。

当TEC 被驱动导通时，它使激光制冷，A 1反相输入端电压增大到超过其高阈值电平，A 2输出低电平TEC 截止不工作。

RP 用于设定温度值。

123456ABCD654321D CB ATit leN u mb er Rev isio nSize B D ate:5-A p r-2012Sh eet o fFil e:E:\ED A\半导体激光器温度控制电路.d d b D raw n By 0.1μFV T225C3039V T19013A 1LM33920K ΩRP2.2KΩR110K Ω12Ω10K Ω1MΩV D 2.7VTEC热电冷却器参考书目[1]何希才．常用电子电路应用365例．电子工业出版社，2006.其他什么的大家自己写点吧O(∩_∩)O~。

半导体激光器温度控制驱动电路的优化设计

ｔｅｄｎｍｉｓｂｌｙｆａｌ．ｈｙａｃｔｉｔｎｌａｉｉｙ
Ｋｅｏｄ：ｄｖｉｕｔｆＴ；ｕｅｗｄｈｍｄｌｔｇｓｍｉｎｕｔｅｇｒｉｅｉｅ（Ｅ）ｙｗｒｓｒｅｃｒｉｏＬｐｌｉｔｏｕａｎ；ｅｃｄｃｒｒｒｅｔｎｄｖｃＴＣｉｃＢｓｉｏｏｆａｏｉ０引言
张新义，张建军
（山东理工大学。山东淄博２５４）５０９
摘
要：半导体激光器晶体在工作中对热效应产生的影响非常敏感，因此，对激光器的晶体温度要求非常
高。设计了一种改进型的脉宽调制电路，其采用了数字和模拟电路相结合的方法，通过改变输出电压的脉
冲宽度和幅值，对驱动电流的方向和大小分别控制就可以在输出端得到不同的输出功率。这样就可以控
ＺＡＧＸｎｙ，ＨＮｉ－ｎＨＮｉ－ｉＺＡＧＪｎｊａｕ
（ｈｎｏｇＵｉｅｓｙｏｅｈｏｏｙＺｂ５０９ＣｉａＳａｄｎｎｖｒｉｆｃｎｌ，ｉｏ２５４，ｈｎ）ｔＴｇ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＴｅｉｕｎｅｏｅｔｆｃｔｏｋｏｍｉｏｄｃｏｓｒｃｙｔｌＳｖｒｅｓｔｅ。ＯｔｅｒｑｅｔｆｈｈｎｅｃｆｈａｆｔｒｆｅｃｎｕｔｒｌｅｒｓａｅｓｎｉｖＳｅｕｓｏｅｌｆｅｅａｗｓａｉｙｉｈｔｔｍｐｒｔｒｆｔｅｌｓｒｃｙｔｌｉｅｙｉｏｔｎ．ｉｄｏｈｍｐｏｅｉｕｔｏｕｓｄｈｍｏｕａｉｇｉｅｅａｕｅｏａｅｒｓａｓｖｒｍｐｒｔＡｋｎｆｔｅｉｒｖｄｃｒｉｆｐｌｅｗｉｔｄｌｔｓｈａｃｎｄｓｎｄ，ｈｃｄｐｓｔｅｍｅｈｄｏｅｆｕｅｃｍｂｎｎｔｉｌｔｎｃｒｕｔｔｒｕｈｃａｇｎｈｄｈｏｅｉｅｗｉｈａｏｔｈｔｏｆｔｇｒｏｉｉｇｗｉｓｍｕａｉｉｉ，ｈｏｇｈｎｉｇｔｅｗｉｔｆｇｈｉｈｏｃｐｌｅａｄａｌｕｅｏｅｖｌｇｆｏｔｕｏｃｎｒｌｔｅｄｒｃｉｎａｄｓｚｆｔｅｅｅｔｉｃｒｅｔｔｅｉｅｅｔｕｓｎｍｐｉｄｆｔｏｔｅｏｕｐｔｔｏｔｈｉｔｎｉｅｏｌｃｒｕｒｎ，ｈｎｄｆｒｎｔｈａｏｅｏｈｃｆｏｔｕｏｅｎｔｅｏｔｕｎａｅｒｃｉｅ．ｎｔｉｗａｔｅｏｔｕｏｅｆｔｅｓｍｉｏｄｃｏｅｒｇｒｔｎｕｐｔｗｒｉｈｕｐｔｅｄｃｎｂｅｅｖｄＩｈｓｙ，ｈｕｐｔｐｗｒｗｒｈｍｅａｒｆｓｔａｊｓｔｉｌ，ｄｔｅｆｅｎｆｈｅｐｒｔｅｗｉａｅｈｙｔｍｒａｈｏｅｅｔｐｒｔｅａｔｏｄｔｈｃｙａｎｌｔｅｏｔｅｔｍｅａｒｈｈｍｋｓｔｅｓｓｅｃｔｅｕｕｋｎｈｉｙｕｕｃｅ

VCSEL激光器温度控制电路设计及氧气浓度测量实验研究的开题报告

VCSEL激光器温度控制电路设计及氧气浓度测量实验研究的开题报告一、选题背景及意义：VCSEL激光器是一种新型半导体激光器，具有功率密度高、体积小、发光波长可调等优点。

在通信、计算机、医疗与检测等领域具有广泛应用。

在VCSEL激光器的使用中，温度对其发射特性有很大影响。

因此，需要对VCSEL激光器进行温度控制，以稳定它的工作状态。

同时，VCSEL激光器在气体检测领域也有很大的应用，如氧气浓度检测。

通过对VCSEL激光器的射出光谱进行分析，可以得出氧气浓度的相关信息，从而实现氧气浓度的测量。

本文旨在研究VCSEL激光器的温度控制电路设计及氧气浓度测量实验研究。

二、研究内容：本文将研究VCSEL激光器在不同温度下的发光特性转换，通过调整温度来控制VCSEL激光器的工作状态，设计出一种可靠的温度控制电路。

另外，本文还将探究VCSEL激光器在气体检测领域的应用，针对氧气浓度测量这一应用场景，通过对VCSEL激光器的射出光谱进行分析，得出氧气浓度的相关信息。

三、研究方法和步骤：1. 文献调研：通过查阅相关文献，了解VCSEL激光器的基本原理和工作特性，以及温度控制电路和氧气浓度测量方法等相关内容。

2. 设计温度控制电路：通过实验研究VCSEL激光器在不同温度下的工作状态，设计出可靠的温度控制电路，以维持VCSEL激光器的稳定工作状态。

3. 实验测量氧气浓度：通过对VCSEL激光器的射出光谱进行分析，测量出氧气浓度的相关信息，并验证其准确性和可靠性。

四、预期结果：本研究将设计出一种可靠的VCSEL激光器温度控制电路，以及在气体检测领域具有应用前景的氧气浓度测量方法。

通过实验证明，所设计的温度控制电路和氧气浓度测量方法具有较高的准确性和可靠性，并为VCSEL激光器在实际应用中提供重要参考。

用于半导体激光器的温控电路设计

Ｄｅｉｎｏｅｐｒｔｒｏｒｌｃｒｕｉｆｒｌｓｒｄｏｓｇｆｔｍｅａｕｅｃｎｔｏｉｃｔｏａｅｉｄｅ
ＨａｇＺＡＧＹ－ｎＹｉ－ａＵＹｎ，ＨＮａｕ，ＵＪｑｎｊｎｕ
ｃｒｕｔｉｃｉｗａｕｅｔｅｉｎｔｖｌｇｔｍｐｒｔｒｎｎｉｅｒｒｏｉｓｅｄｆｏａＨ・ｒｄｅｉｃｉ．ｓｓｄｏｌｍｉａｅｏｔｅ—ｅｅａｕｅｏｌａｅｒｒｎｔａｏｎｒｌａｎｍｂｇｃｒｕｔｉ
胡杨，亚军，张于锦泉
（国工程物理研究院流体物理研究所，川绵阳６１０中四２９０）摘要：针对半导体激光器（Ｄ）光稳定的应用要求，计了一种有效的温度控制电路。电路基Ｌ出设
（Ｅ）ＴＣ，实现了对Ｌ工作温度的高精度控制。通过测试，Ｄ工作温度在ｌｎ内达到设定温度，０ｍｎＤＬｍｉ３ｉ内．２ ℃ 的工作温度下稳定度达± ．。结果表明：电路能快速、效地控制ＴＣ工作，到稳在５０２℃ 该有Ｅ达
ｔｍｐｒｔｒＰｅｆｒａｃｔｓｓｏｄｈａＬＤｗｏｋｎｔｍｐｒｔｒｒａｈｄｈｓｔｏｎｔｍｐｒｔｒｅｅａｕｅ．ｒｏｍｎｅｅｔｈｗｅｔｔｒｇｅｅａｕｅｅｃｅｔｅｅｐｉｔｅｅａｅｉｕ

半导体激光器自动温度控制电路设计

武汉理工大学华夏学院
ＺｈａｏＪｉｎｇ（ＨｕａｘｉａＣｏｌｌｅｇｅ，ＷＵＴ，Ｗｕｈａｎ４３００７０，Ｃｈｉｎ用于通信设备的半导体激光器温度控制电路进行了模型建立和分析，并从自动控制的角度对温控电路形式进行了详细的性能指标分析和测试，通过对不同的控制方法的仿真分析和实殒０数据的对比得出了一种较为有效的温度控制电路，可以满足一般温控系统的要求。【关键词】温度检测；自动温度控制；ＴＥＣ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＤｅｔｅｃｉｏｔｎ；ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌ；ＴＥＣ
在光纤通信领域，通常使用半导体激光器作为光源，而半导体激光器的发射波长与管芯的温度密切相关，温度升高将导致波长变长（一般为０．１ｎｍ℃），对于一般的单波长光通信系统来说，波长的漂移对系统性能并无太大影响。但对于密集波分复用系统（ＤＷＤＭ），由于通道间的波长间隔已经很小，保持波长的稳定就变得非常重要。例如，工作在Ｃ波段的３２波系统，通路波长间隔为ｌＯＯＧＨｚ（约０．８ｎｍ），而工作在Ｃ＋Ｌ波段的１６Ｏ波系统，通路波长间隔为５０ＧＨｚ（约０．４ｎｍ）。因此，如果不对激光器管芯的温度加以控制，微小的温度变化将导致整个系统的不可用。另外，半导体激光器是对温度敏感的器件，其阈值电流、输出波长以及输出光功率的稳定性都对温度非常敏感，其工作寿命也与其工作温度密切相关。实验表明，温度每升高３Ｏ ℃激光器的寿命会降低一个数量级－－。对于可靠性要求高的场合，且保证激光器的寿命就需要对管芯温度加以控制，这样在系统中就需要附加一个自动温度控制电路（ＡＴＣ）来实现对激光器管芯的温度控制。１．温度控制系统原理如图１是一个典型的温度控制系统原理框图，传感器将测量到的实际温度值与设定温度值进行比较得出误差信号，误差信号送入控制器并驱动执行器对温度进行

一种半导体DFB激光器控制电路的设计

1 DFB激光器引脚图
图2 驱动电路
LM358双运算放大器芯片内部包含两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运算放大器，非常合适于电源的电压范围很宽广的单电源使用，也合适在双电源的工作模式中，在实际推荐的工作条件范围下，电源的电流和电源的电压无关。

使用范围包含了直流增益模块、传感放大器和其他所有可用单的电源供电使用的运算放大器的地方。

LM为塑封8引线双列贴片式。

其具有特性如下：输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5 V）,内部频率补偿，差模输入电压范围宽，等于电源电压范围，直流电压增益高（约100 dB）,共模输入电压范围宽、包括接地，单位增益频带宽（约1 MHz）,低输入失调电压和失调电流，电源电压范围宽、单电源（3~30 V）、双电源（±1.5-±15 V），低输入偏流，低功耗电流、适合于电池供电。

其引脚设置如图3所示。

}
void Cls(void)/*
{
uchar i;
for(i=0;i<32;i+=2)
WrAddDdat(i,0x00);
}
3 性能指标测试
将设计中1 550 nm （YOKOGAWA）公司的光谱分析进行测试图4所示，其中心波长是
图4 1 550 nm激光源光谱图。

一种半导体激光器的精密温度控制电路

关键词：电子技术；温度控制电路；半导体激光器；ＰＷＭ驱动方式
中图分类号：Ｔ４．Ｎ２８４文献标识码：Ａ
ＤｅｉｎＰｒｃｓｅｅａｕｅＣｏｔｏｒｕｔｆｒＬａｅｓｇｅｉｅＴｍｐｒｔｒｎｒｌＣｉｃｉｏｓｒ
Ａｂｓｒｃ：Ｌａｅｏｅｉｒａｌｎｌｅｃｄｂｅｅａｕｅ．ｆａｓａｌｕｐｔｗａｅｅｇｈｉｅｉｅｔｅｔａｔｓｒＤｉｄｓｇｅｔｙｉｆｕｎｅｙｔｍｐｒｔｒＩｔｂｅｏｔｕｖｌｎｔｓｒｑｕｒｄ，ｈ
ｔｌｒｃｒ，ｈｎａｈｇｃｕａｙＮｅａｉｅＴｍｐｒｔｒｏｆｃｅｔｒｓｓａｃ（Ｔ）ｏｉｅｉｈｒｌｒｌｏｅｔｅ，ｉｈａｃｒｃｇｔｅｅａｕｅＣｅｆｉｎｅｉｔｎｅＮＣｃｍｂｎｄｗｔＴｅｍａｏｅｖｉｈＥｅｔｎｃＣｏｅ（ＥＣｒｓｄＴｅＴＣｉｒｅｙＰｌｅＷｉｔｄｌｔｎＰｌｃｒｉｏｌｒｏＴ）ａｅｕｅ．ｈＥｓｄｉｎｂｕｓｄｈＭｏｕａｉ（ＷＭ）ａｄｒａｉｅｙＨ－ｖｏｎｅｌｄｂｚ
ｔｍｐｒｔｒｆｔｅＬｓｒＤｉｄｕｔｂｒｃｓｌｏｔｏｌｄｎｔｉａｅ，ｉｒｐｏｅｓｒｉａｅｓｃｎ— ｅｅａｕｅｏｈａｅｏｅｍｓｅｐｅｉｅｙｃｎｒｌｅ．Ｉｈｓｐｐｒａｍｃｏｒｃｓｏｓｔｋｎａｏ

半导体激光器温度自动控制

2 应用领域扩展
随着半导体激光器应用领域的不断扩展，温度自动控制系统也将面临更多的挑战。在医疗、汽车、航天和军事等领域，半导体激光器将有着更广泛的应用前景。
总结与展望
1 已取得的成果
温度自动控制系统在半导体激光器的研究和应用中具有至关重要的作用，它们提供了稳定和可靠的控制，使激光器能够在各种条件下实现更高的性能。
半导体激光器温度自动控制
半导体激光器温度自动控制是一种关键技术，可优化激光器性能和延长使用寿命。本文将解释其原理、性能影响、关键组成部分以及应用案例。
半导体激光器基础知识
半导体激光器原理
半导体激光器是一种由半导体材料制成的电子器件，能将电能转换成光能。它的激射原理与其他激光器不同，具有许多特殊性质。
• M. T. Asom, Introduction to Semiconductor Lasers for Optical Communications, Artech House (1994).
• B. Naglič, J. Stražar, Semiconductor laser temperature stabilization, Infrared Physics and Technology, Volume 43, Issue 4, 2002, Pages 241-248, ISSN 1350-4495.
执行器将控制信号转换为实际控制动作，如调节温度器或控制风扇的转速。
温度自动控制方法
1 开环控制
2 闭环控制
开环控制是最简单的温度控制方法，但缺乏反馈，无法应对环境和工作负载的变化。
3 PID控制
闭环控制通过反馈控制信号来纠正偏差，可以提供更准确和稳定的温度控制。

半导体激光器温度控制系统设计(任务书)(精)

系
系主任
批准日期
毕业设计（论文）任务书
精密仪器工程系光信息科学与技术专业光信071 班学生魏双宏
一、毕业设计(论文课题半导体激光器温度控制系统设计
二、毕业设计(论文工作自 2011 年 2 月 28 日起至 2011 年 6 月 26 日止
三、毕业设计(论文进行地点西安理工大学
四、毕业设计(论文的内容要求
毕业设计的主要内容有以下几点：
1、查阅文献，了解半导体激光器（LD）的组成，了解温度对LD输出特性的影响；
2、进行LD温度控制系统的方案设计及可行性研究；
3、查阅资料，掌握半导体制冷硅的工作原理；
4、设计系统的硬件部分；
硬件系统主要包括温度检测电路设计、单片机接口电路设计、TEC驱动电路设计等；
5、设计系统的软件部分；
6、对系统的软硬件进行调试，并解决调试中出现的问题
7、最终完成温度闭环控制。

要求：控温范围：20℃～30℃，稳定度：0.1℃。

8、英文翻译。

与课题有关的英文资料，不少于3000 字。

要求：
1、第四周完成开提报告，主要论证所设计的方案；
2、文献综述不少于5000字；
3、参考文献不少于15篇，其中英文文献不少于3篇。

负责指导教师
指导教师
接受设计论文任务开始执行日期
学生签名。

一种半导体DFB激光器控制电路的设计

一种半导体DFB激光器控制电路的设计半导体DFB激光器是一种常用的光电器件，具有自锁振荡和稳定单模输出的特点。

为了实现对DFB激光器的精确控制，需要设计一种合适的控制电路。

这篇文章将详细介绍一种基于反馈控制的DFB激光器控制电路设计方案。

首先，我们需要了解DFB激光器的工作原理。

DFB激光器是一种具有光栅衍射结构的半导体激光器，通过该结构可以实现选择性放大其中一特定波长的光信号，从而实现单模输出。

控制DFB激光器的输出波长主要通过改变激光器中的折射率或者光栅调制电流来实现。

基于以上的工作原理，我们可以设计一种基于PID反馈控制的DFB激光器控制电路。

PID控制器是一种经典的控制算法，通过对系统的误差、积分和微分进行综合处理，实现对系统的精确控制。

其数学描述为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，u(t)为输出控制信号，e(t)为系统的误差，Kp、Ki和Kd为PID控制器的参数，分别对应比例、积分和微分增益。

对于DFB激光器的控制，我们可以将激光器的输出功率作为系统的误差信号。

具体设计步骤如下：1.传感器选择：选择一个合适的光功率传感器，用于测量DFB激光器的输出功率。

常用的光功率传感器有PIN光电二极管、光纤耦合探头等。

2.比例放大器：将光功率信号放大到适合PID控制器的输入范围。

可以使用运算放大器或者其它适当的电路来实现。

3.PID控制器：设计一个PID控制器电路，根据实际需求调整比例、积分和微分增益系数。

可以使用模拟电路或者数字信号处理器来实现PID控制器。

4.DA/AD转换：将数字控制信号转换为模拟控制信号，根据PID控制器的输出控制信号，调整DFB激光器的工作状态。

同时，将光功率传感器测得的光功率信号转换为数字信号，在PID控制器中作为反馈输入。

5.功率调节电路：根据PID控制信号，调节DFB激光器的工作状态，实现输出功率的稳定控制。

空间光通信中激光器的温度控制

ｉｊ
／
／
，
’一７
一
一
一
ห้องสมุดไป่ตู้
Ｌ
ｊ；ｒ一＿鼍：丁■ 一：：．
Ｉ — — －Ｌ — －ｒ一
＿／
≯
４５
０
６
’ ０
１５
２０
２５
３０
∞
４Ｏ
ＡｇＥｔｍｂｅｔｅｖｘＡｉｎｍｐＣＴ（）
ＤＣＯ岫Ｃｍ吼ｌＡ哪ｕ
Ｖｌ．９Ｎｏ．１０１１１ＮＯ．０６Ｖ２０
空间光通信中激光器的温度控制
李林
（长江大学物理科学与技术学院，湖北荆州４４２）３１０
摘要：讨论了空间光通信系统中半导体激光器温度控制的必要性，介绍了基于Ａ８３ＤＮ８０的自动温度
温度有很大差别，高温会使器件的性能恶化，严重时会损坏器件，影响系统的正常工作。因此电路的设计应该
向低功耗、高稳定性方向努力。在选择器件时，应该选用高热稳定性的器件。对于半导体激光器而言，温度是
影响激光器寿命的重要因素。
１半导体激光器的热特性
半导体的特性对温度是很灵敏的，温度的变化对于半导体激光器的阈值产生明显的影响。温度升高。半导
ＬｓｒｉｓＴｍｐａｅＬｆＶｅｅ
（Ｓ￣Ｓｏｓｎ￣ｗｒａＵｅｎｔｔｏｅ）Ｓｃａ
，
／
／
一
ｊ｛＿一ｒ十。瓣｛｝Ｉｒｆ；‘ 广ｒ Ⅲ …ｕ＿：Ｉｒ扣ｆ～』Ｉｆｌ

大功率半导体激光器高精度温控系统研究

大功率半导体激光器高精度温控系统研究王宗清;段军;曾晓雁【摘要】为了减小温度对半导体激光器输出光波长和功率稳定性的影响，设计了由恒流模块驱动半导体制冷器，通过改变恒流模块的电流来控制半导体制冷器的制冷量，利用分段积分的比例－积分－微分控制算法，选择最优控制参量，实现大功率半导体激光器的精密温控系统。

系统包括高精度测温电路、控制核心DSPF28335、半导体制冷器控制电路、人机交互及通信模块。

在5℃～26℃环境下对系统进行测试，实现50W大功率半导体激光器的恒温控制，温控范围为15℃～45℃，温控精度达到±0．02℃。

结果表明，该系统温控范围广，控制精度高，满足大功率半导体激光器的温控要求。

%In order to reduce the influence of temperature on output wavelength and power stability of semiconductor lasers, a constant current module was designed to drive thermoelectric cooler .The cooling capacity of the thermoelectric cooler was controlled by changing the current of the constant current module .The optimal control parameters of proportion-integration-differentiation algorithm were set to realize high precision temperature control .The system consists of high precision temperature measurement circuit , control core of DSP F28335, thermoelectric cooler control circuit , human-computer interaction and communication module .Constant temperature control was realized for a 50W high power laser diode at 5℃~26℃ambient temperature, the temperature control accuracy reached ±0.02℃at 15℃~45℃.The results show that this system has a wide temperature control range and highcontrol precision , which satisfies the requirement of temperature control of high power semiconductor lasers .【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】4页(P353-356)【关键词】光电子学;温度控制;恒流源;半导体激光器;温控算法【作者】王宗清;段军;曾晓雁【作者单位】华中科技大学武汉光电国家实验室，武汉430074;华中科技大学武汉光电国家实验室，武汉430074;华中科技大学武汉光电国家实验室，武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TP273引言半导体激光器(laser diode，LD)的性能受温度的影响很大，如阈值电流、输出光波长和功率都会随温度变化。

STM32的窄线宽半导体激光器驱动电路设计

STM32的窄线宽半导体激光器驱动电路设计
丁少轩;刘文耀;潘梓文;刘昊东;陶煜;唐军;刘俊
【期刊名称】《单片机与嵌入式系统应用》
【年(卷),期】2023(23)2
【摘要】设计了一种高稳定性的激光器驱动电路。

激光器驱动电路硬件主要包括温控模块、恒流驱动模块以及电流调谐模块,电路设计采用STM32微处理器作为主控芯片,ADN8443作为温度控制器件,结合PWM控制方案实现温度控制,设计恒流驱动电路以及电流调谐电路实现半导体激光器的稳定输出。

经过测试,功率稳定度为0.16%,波长稳定度为0.23 ppm,电路具有可调谐、体积小、效率高、驱动能力强等优点,能够实现激光器的稳定控制。

【总页数】5页(P29-32)
【作者】丁少轩;刘文耀;潘梓文;刘昊东;陶煜;唐军;刘俊
【作者单位】中北大学量子传感与精密测量山西省重点实验室;中北大学动态测试技术国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN249
【相关文献】
1.硅光子芯片外腔窄线宽半导体激光器
2.高稳频窄线宽半导体激光器
3.638nm光栅外腔窄线宽半导体激光器
4.窄脉冲大电流半导体激光器驱动电路设计与仿真
5.基于半导体激光器窄线宽光子微波信号获取
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

半导体激光器的温控电路设计

作电压为２８—５５．于它工作在．．Ｖ由
图２Ｍ７２ＡＣ８０内部结构框图
ＰＷＭ调制模式下，并且具有低输出电阻，从而使它的内部耗散功率极低，不容易发热．Ｒ５１ＤＶ９内部ＰＷＭ调制频率可以由外部元件选定工作在１０Ｈ０ＫＺ模式或者５０Ｈ０ＫＺ模式，电压增益约为２３／．．ＶＶ
源流人热敏电阻，热敏电阻上产生代表温度的电压，电压经过电压跟随器放大电流，大后进人ＯＡ在该放Ｐ７的异名端，Ｐ７和一个包含两个电容一个电阻的Ｒ网络构成一个误差放大器，误差放大器把单片机设ＯＡＣ该
十收稿日期：００— ３—１２１０８
作者简介：陈建萍（９１，，１８一）女赣南师范学院物理与电子信息学院教师、硕士，主要从事半导体器件及材料
第３期
陈建萍，润华刘
半导体激光器的温控电路设计
７５
一Ｓ
图３ＤＶ９Ｒ５１内部结构框图
器进行精密的温控．常，导体激光器要求工作在２￣通半５Ｃ状态，要求正负０１的恒温精度．．℃ 半导体激光器内部通常封装ＴＣ制冷片和热敏电阻，需外接元件．Ｅ无本文针对半导体激光器的工作需要，出一种基于硬件提
定的温度值和实际检测到的温度值进行比较放大，比较后的结果经过ＤＶ９放大，大后的信号驱动Ｒ５１放ＴＣ，Ｅ改变ＴＣ温控面的温度．Ｅ如果ＴＣ温控面温度和单片机通过ＤＥＡ转换器设置的温度一致，差放大器误将会输出０信号，ＥＴＣ处于空闲状态；当受到环境温度微扰后ＴＣ温控面温度会产生变化，时误差放大器Ｅ此会放大该误差并将结果反映为ＤＶ９Ｒ５１的输出，制流过ＴＣ的电流，统温度最后会稳定在ＤＣ的输出控Ｅ系Ａ

半导体激光器自动温度控制电路设计

半导体激光器自动温度控制电路设计【摘要】本文对用于通信设备的半导体激光器温度控制电路进行了模型建立和分析，并从自动控制的角度对温控电路形式进行了详细的性能指标分析和测试，通过对不同的控制方法的仿真分析和实测数据的对比得出了一种较为有效的温度控制电路，可以满足一般温控系统的要求。

【关键词】温度检测；自动温度控制；TEC在光纤通信领域，通常使用半导体激光器作为光源，而半导体激光器的发射波长与管芯的温度密切相关，温度升高将导致波长变长（一般为0.1nm℃），对于一般的单波长光通信系统来说，波长的漂移对系统性能并无太大影响。

但对于密集波分复用系统（DWDM），由于通道间的波长间隔已经很小，保持波长的稳定就变得非常重要。

例如，工作在C波段的32波系统，通路波长间隔为100GHz （约0.8nm），而工作在C+L波段的160波系统，通路波长间隔为50GHz（约0.4nm）。

因此，如果不对激光器管芯的温度加以控制，微小的温度变化将导致整个系统的不可用。

另外，半导体激光器是对温度敏感的器件，其阈值电流、输出波长以及输出光功率的稳定性都对温度非常敏感，其工作寿命也与其工作温度密切相关。

实验表明，温度每升高30℃激光器的寿命会降低一个数量级[1]-[4]。

对于可靠性要求高的场合，且保证激光器的寿命就需要对管芯温度加以控制，这样在系统中就需要附加一个自动温度控制电路（ATC）来实现对激光器管芯的温度控制。

1.温度控制系统原理2.热模型的建立一般带致冷激光器的常见结构是首先将激光器、背光管、热敏电阻等组件安装在一个子热沉上，然后再固定到TEC制冷器上，当温控电路正常工作时，位于TEC上的子热沉将恒定在某一设定温度值。

当给TEC致冷器通不同极性的电流时能够分别实现致冷或致热，无论处于致冷还是致热状态，温度都不会突变，而是一个缓慢变化的过程。

而在一定的电流下，当时间足够长时由于外界的热交换达到了平衡状态，温度将维持在某一个值（即与壳体间的恒定温差）。

半导体激光器温度控制系统的设计

激光与红外 No. 4 2006 焦明星邢俊红刘芸等半导体激光器温度控制系统的设计
263
0～2A 的电流来驱动 TEC 工作 ,从而控制 LD 的温度。
4 系统软件设计本系统的被控对象是中小功率 LD ,针对 LD 温
度数学模型的不确定性 (LD 温度随 LD 注入电流大小改变而改变 ) ,我们采用模糊控制理论与数字 P ID 参数自适应调整相结合的控制算法。温度控制系统
3. 2 温度信号的采集与控制通过对温控系统的原始信号进行转换、处理 ,以
产生与温度偏差相对应的控制量 ,从而驱动半导体制冷元件工作。
系统采用 12位双积分 A /D 转换器 ICL7109,对 1～4V的温度模拟电压信号进行 A /D 转换 , ICL7109 的分辨率为 1 /4096 或 244ppm ,内部有锁存器和寄存器 ,可以和各种微处理器直接连接 ,转换速度最高达每秒 30 次。在单片机 AT89S52 控制下 ,温度模拟电压信号经 CD4051 多路模拟开关 , 输入到 ICL7109的模拟量输入端实现 A /D 转换。转换数据的显示采用专用数码管显示驱动芯片 MAX7219,该芯片硬件电路简单 ,不占用数据存储空间 ,只需将欲显示的数字量逐位送至相应的数字存储器即可自动扫描 ,自动显示。设定温度的标准电信号由精密电位器对基准电压源分压得到 ,经多路模拟开关和 A / D 转换器采集后由单片机读取并保存。
(4)
其中 , P、I和 D 依次为比例、积分和微分系数 , 可见
P、I、D 参数对系统总输出控制量有很大影响。由于
本温控系统的控温范围较大 ( 10～40℃) , 控温稳定
度要求较高 ( 0. 2℃) , 所以控温点比较多 , 较多的控

用于光频标半导体激光器温度控制电路的设计

２模块功能
３．１采样及误差放大电路电阻、Ｒ、Ｒ、凡、ＲＲ构成采样电
『６］－Ｅ、丽飞，田小建，艾宝丽．大功率半导体激光器的精密模糊ＰＩＤ温控系统『Ｊ１．量子电子学报，２００５，１２２（３）：３８２ — ３８７．『７１吕得胜，黄凯凯，王凤芝．６５７ｎｍ外腔
半导体激光器以其体积小、寿命长、使
用简单方便等优点广泛应用于各个领域。其输出激光的线宽与稳定性是影响频标性能指标的重要因素之一。由于激光器输出的中心频率是不稳定的，对注入电流和
温度很敏感，因而对于光频标的实现，必须
Ｗｉｅｍａｎ．Ａｎａｒｒｏｗ～ｂａｎｄｔｕｎａｂｌｅｄｉｏｄｅｌａｓｅｒｓｙｓ — ｔｅｍｗｉｔｈｇｒａｔｉｎｇｆｅｅｄｂａｃｋ，ａｎｄａｓａｔｕｒａｔｅｄａｂ —
１ — 。 — — — — 一醒＿１一、＞
４结论
３．２ＰＩＤ控制电路。
这样最后的输出就是当前温度。
利用该控温电路的设计，实现对激光
器工作温度进行控制。通过对整个电路做出了实验仿真和测试，控温精度达到０．叭 ℃。
证实了以上设计方法的科学性和实用性。
度很敏感，需要有恒定温度保证半导体激光器工作稳定。本文在借鉴常用的一些温控电路的基础上，给出了一种实用的控制精度较高的温控电路设计，实现了对激光器工作温度的控制。并对整个电路做出了实验仿真和测试，系统控温精度达到Ｏ．０１ ℃。

基于单片机的大功率半导体激光器温度控制系统的设计

1761 引言半导体激光器因体积小、重量轻、效率高等优点,显示出特有应用前景。

但温度不稳定使输出功率不稳、波长漂移等,影响了寿命及使用[1]。

国外激光器温度控制器领先的公司有:IXLight,WAVELEN GTH,McShane等[2]。

以IXLight的 LD3700(台式机)为例:由数字器件和模拟器件组成,可任意选择 RTD、热敏电阻、LM335 或 AD590 作为温度传感器;有自校正、自检功能;半导体制冷器具有独立的限流电路;过热保护电路,在温控器失灵时,激光器依旧安全[3]。

国内生产激光器恒温控制器较少,产品温控精度不高,范围较窄[4-5]。

虽然国外产品稳定性好、温控精度较高,但非常昂贵。

研究成本低、高稳定度的激光器温控系统具有一定的经济价值和现实意义。

2 系统设计方案控制系统设计框图如图1所示。

通电后,风扇为激光器散热。

通过键盘设置需要控制的温度范围。

DS18B20测得激光器的温度反馈给单片机,数据处理后送LCD 液晶显示器实时显示。

同时单片机通过PWM波控制TEC( Thermo Electric Cooler)制冷、保温或加热。

2.1 硬件选取和电路实现2.1.1 温度采集电路DS18B20是一种数字化单总线器件,与传统的PTC、NTC等热敏电阻相比,它能够直接测出温度,不需要AD转换,直接将数据发送给单片机。

具体电路图如图2所示。

基于单片机的大功率半导体激光器温度控制系统的设计庞慧敏李林书周哲海*(北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室,北京 100192)摘要:本文以STC89C52为主控芯片,用DS18B20实时监控激光器温度变化,半导体制冷器TEC作为执行元件,对温度实时采集和控制,使激光器工作于最佳温度点。

实验结果表明:在室温23℃的情况下,激光器的温控范围为-10～50℃控温精度在±0.5℃。

关键词:大功率激光器；温度控制；STC89C52；LC D 中图分类号:TP273文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2017)10-0176-02收稿日期:2017-09-22作者简介:庞慧敏(1993—),女,山东临沂人,硕士研究生,主要从事仪器仪表等方面的研究工作;李林书(1993—),男,山东菏泽人,硕士研究生, 主要从事仪器仪表等方面的研究工作。

半导体激光器自动温度控制系统优化设计

源
常用ＴＣ驱动电路如图４Ｅ所示，其主要由互补的Ｎ沟道和Ｐ沟道ＭＯ场效应管组成。当输入电Ｓ
压为正电压时，场效应管Ｑ、Ｑ导通，Ｑ、截止，ＱＴＣ流过正向电流，ＥＥＴＣ工作于制冷状态；当输入电压为负电压时，场效应管Ｑ、Ｑ导通，Ｑ、截止，Ｑ
ｃ改进的电压源法、
图２温度采样电路电桥法如图２所示，其主要由Ｒ、２Ｒ和．ａ１Ｒ、３
Ｒ组成桥式电路，ｓ通过比较桥式电路两中点的电压值来控制后端ＴＣ驱动电路的电流大小和方向，Ｅ对半导体激光器进行加热或制冷操作，达到控制温度控制的目的；同时通过调整可调电阻的阻值可达到改变平衡点温度的目的。但是在实际使用过程中，由于桥式电路采用的电阻较多，且可调电阻的精度和温度系数指标较低，因此温度控制精度不高。电压源法如图２所示，其主要通过精密电阻．ｂ和热敏电阻组成的分压网路进行温度采样，但是由于电压源常常容易受到噪声的干扰，导致电压源自身的电压不准，从而造成温度采样电压不准，对温度的计算带来误差。本文采用了一种改进的电压源法（如图２所．ｃ示）同时对电压源和热敏电阻分压进行采集，，通过计算可以除去电压源的误差带来的影响。此时采样电压的准确度只与精密电阻有关，而精密电阻的精
现代光纤通信系统。半导体激光器是温度敏感器
５ＴＣ驱动电路根据输入电压的大小对制冷）Ｅ器进行加热或制冷控制，达到温度控制的目的。
半导体激光器
件，随着温度的变化其输出功率和输出波长都会发生变化，了保证半导体激光器的稳定性，为必须对

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

半导体激光器自动温度控制电路设计
作者：赵京
来源：《电子世界》2013年第17期
【摘要】本文对用于通信设备的半导体激光器温度控制电路进行了模型建立和分析，并从自动控制的角度对温控电路形式进行了详细的性能指标分析和测试，通过对不同的控制方法的仿真分析和实测数据的对比得出了一种较为有效的温度控制电路，可以满足一般温控系统的要求。

【关键词】温度检测；自动温度控制；TEC
在光纤通信领域，通常使用半导体激光器作为光源，而半导体激光器的发射波长与管芯的温度密切相关，温度升高将导致波长变长（一般为0.1nm℃），对于一般的单波长光通信系统来说，波长的漂移对系统性能并无太大影响。

但对于密集波分复用系统（DWDM），由于通道间的波长间隔已经很小，保持波长的稳定就变得非常重要。

例如，工作在C波段的32波系统，通路波长间隔为100GHz（约0.8nm），而工作在C+L波段的160波系统，通路波长间隔为50GHz（约0.4nm）。

因此，如果不对激光器管芯的温度加以控制，微小的温度变化将导致整个系统的不可用。

另外，半导体激光器是对温度敏感的器件，其阈值电流、输出波长以及输出光功率的稳定性都对温度非常敏感，其工作寿命也与其工作温度密切相关。

实验表明，温度每升高30℃激光器的寿命会降低一个数量级[1]-[4]。

1.温度控制系统原理
2.热模型的建立
一般带致冷激光器的常见结构是首先将激光器、背光管、热敏电阻等组件安装在一个子热沉上，然后再固定到TEC制冷器上，当温控电路正常工作时，位于TEC上的子热沉将恒定在某一设定温度值。

当给TEC致冷器通不同极性的电流时能够分别实现致冷或致热，无论处于致冷还是致热状态，温度都不会突变，而是一个缓慢变化的过程。

而在一定的电流下，当时间足够长时由于外界的热交换达到了平衡状态，温度将维持在某一个值（即与壳体间的恒定温差）。

因此可以推测TEC致冷器在传递函数模型上类似于一阶惯性环节：，（为致热致冷效率，为时间常数），为了确定和，以某恒定电流作为TEC致冷器输入，并通过热敏电阻检测温度的变化，将采集到的温度与时间的关系通过计算机绘制得到相应的曲线。

以激光器FUJITSU的FLD5F6CXF为例，经过测量可取6秒，可取90，即1安培电流能获得的温差约为90℃。

由于TEC致冷器和温度传感器之间存在一定的距离，所以还需考虑这种距离带来的温度
延迟时间，被测的FUJITSU激光器的热延迟时间t大约为100毫秒左右，由于延迟的存在，相当于在控制回路中增加了一个延迟环节。

3.温度检测及放大电路
3.1 热敏电阻
3.2 直流电桥
5.温度控制电路设计总结
测试中分别采用了比例控制器、积分控制器和比例-积分控制器进行了试验，采用比例控制器系统的响应时间快，但稳定性很难控制；采用积分控制器系统稳定性相对于比例控制器有所提高，但是系统的响应时间将变得非常缓慢；采用比例-积分（PI）控制器系统响应时间有了很大改善，系统的的稳定性较好（图5为PI控制器上电阶跃响应实测图），对于一般的温控系统，这样的动态性能已能满足需求。

对于需要较快速响应的场合，可考虑采用比例-积分-微分（PID）控制器，通过增加微分环节来提高系统的瞬态响应。

另外，考虑到不同厂家不同型号或同一厂家不同型号的激光器在性能参数上都存在差异，以及放大电路的温度漂移、非线性等，这些都对温控电路参数有一定的影响，因此在实际应用中温度控制电路的各个参数需要根据所选用的激光器来选取，并结合仿真以及试验将参数调节到最佳值。

参考文献
[1]RICCI L.，WEIDEMuLLER M，ESSLINGER T，et a1.A compact grating-stabilized diode laser system for atomic physics[J].Optics Communications，1995，117：541-549.
[2]MISKOVICE Wavelength lockers keep lasers in line[J].Photonics Spectra，1999，2：104-110.
[3]ABEDINETAL K.S.Active stabilization of a higher-order mode-locker fiber laser operating at
a pulses-repetition rate of 154GHz[J].Optics Letter，2001，26（3）：151-153.
[4]吴仕平，陈军，蔡洁，刘二丽，刘庆.基于模糊PID的半导体激光器工作温度控制[J].光学仪器，2009，31（6）.
[5]胡寿松.自动控制原理[M].科学出版社，2012.
[6]康华光.电子技术基础（模拟部分）[M].高等教育出版社，2006.
作者简介：赵京，硕士，武汉理工大学华夏学院讲师，主要研究方向：检测技术与自动化装置、电子技术等。