半导体激光器高精度稳频输出控制系统
F—P腔的激光稳频技术探讨
F—P腔的激光稳频技术探讨作者：史国庆来源：《市场周刊·市场版》2017年第20期摘要：光电子半导体的发展。
半导体激光器凭借着工作效率高，整体结构简单，工作寿命长，机械强度高，光谱范围宽，可与常用探测器相匹配，成本低的特点被大量的应用在通信领域，航天领域，谱线分析领域。
频率的稳定度的成为了衡量半导体激光器发展的层次。
基于F-P腔的半导体激光器能够拥有较强的稳定性和精度，在一定条件下还具有较强的抗干扰能力，使它具有更广阔的发展空间和发展前景。
在此基础上，运用了PDH技术建立了PDH模型，特别的时针对F-P腔的一系列问题进行研究，充分了解到了激光器的主要是受温度和电流的影响很大，并且分析了在不同的条件下，在稳频的状态的时候，半导体激光器的影响和反应。
关键词：F-P腔；半导体激光器；PDH稳频技术一、绪论（一）稳频技术研究状况稳频技术的原理是为了维持穿过谐振腔光程长度的稳定性，稳频技术主要分为被动稳频和主动稳频。
通过调节F-P腔的腔长长度，使激光重新恢复到稳定的频率上去，从而达到稳频的目的。
稳频技术有饱和吸收法；原子光谱Zeeman效应吸收法；相位调制光外差稳频。
（二）F-P腔的优点及研究现状外腔光反馈元件主要有光栅和F-P腔。
光栅光稳定性较差。
而F-P标准具光反馈稳定性能好，结构简单，可以保证激光器的输出波长始终稳定在系统的中心频率上，并且不会出现频率漂移问题。
F-P腔的优点也不是十全十美的，短期稳定性较低。
所以，要采用一些方法抑制其他因素的扰动诱发的频率漂移，才能尽可能的使激光器得到稳定。
因此半导体激光器的频率是关键，有一种是基于光学元件的稳频，这种电子元件的名字叫做F-P腔，它可以不受波段的限制，成为半导体激光器稳频的主要措施，结合F-P腔的这种特点用来把半导体激光器的稳频恰到好处。
（三）半导体激光器的基本特性半导体激光器主要分为三个部分一部分是激光管，一部分是驱动电源，最后一部分是准直支架三大部分构成半导体激光器产生激光需要适应基本的三个条件：（1）粒子数反转。
基于二次谐波特性的DFB激光器稳频新方法研究
本研究基于波长调制吸收光谱技术，创新性地提出了利 用二次谐波吸收特性的稳频新方法，并基于该方法建立了一 套DFB激光器稳频装置，在连续监测100 h时间内，其波长
漂移有效地控制在土0.16 pm范围内°该装置较传统稳频方
法结构更为紧凑，无需分束器及参考吸收池(同时还减少了
一路探测器及锁相放大器),并且有效抑制了外界环境变化 对激光器输出频率的影响°
关键词 激光光学；稳频；二次谐波；分布反馈激光器；比例微分控制器
中图分类号：TN24 & 4 文献标识码：A
DOI： 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2019)10-2989-04
引言
近年来,可调谐半导体激光吸收光谱［1-2］(tunable diole laser absorption spectroscopy, TDLAS)技术被广泛应用于环 境监测⑶、燃烧诊断⑷、天然气泄漏检测⑸、痕量气体成分 分析⑹等诸多领域°然而在实际应用中，特别是长时间连续 运行过程中，激光器的输出频率受外界环境变化(温度、湿 度、震动等)的影响会造成频率的漂移，特别是外界环境温 度的变化对激光器输出频率的影响尤为严重°目前比较实用 的半导体激光器稳频技术主要有光反馈稳频技术、直接电控 稳频技术，以及混合稳频(光反馈和电反馈相结合的稳频方 法)等°光反馈稳频指的是利用相干或者非相干光反馈进行 稳频°直接电控稳频技术⑺是利用反馈电路对激光器的驱动 电流、温度或者其他被控对象［如电压陶瓷(piezoelectric ceramic transbucer, PZT)等进行反馈来稳频°传统稳频中 方法囚通常采用分束器结合参考池的方法，利用一次谐波信 号或三次谐波信号作为反馈控制信号将激光器的输出频率稳 定在特定的吸收峰上°如利用该方法设计的频率锁定装置使 得激光器稳定在土0.001 cm 1范围内；利用该方法设计的装 置在9 h内使得激光器波长漂移在1.2 pm内。但是这种方 法要求检测系统多出一个分束器、参考吸收池、探测器以及 锁相放大器，不仅增加了系统的成本，而且使得系统的结构 复杂°
用于激光稳频系统的比例加积分控制器
２ ３２
增大 使稳态 误 差 进 一 步 减 小 ， 到 等 于零 。激 直 光稳 频 系 统要 求 稳态 误 差 小 ， 此必 须 使 用 积 因
分控制。微分控制属 于超前 校正 ， 一般应用于
惯性 较 大 的被 控 对 象 ， 适 合 反 应 灵 敏 的半 导 不
系统 中的关键环节 。要达到激光频率的精确锁 定， 根据误 差信号对激光器进行合理的反馈校 正控 制是 必要 的 。根 据 实验 对 激光 稳 态特性 的
张 晨 ， 江 晓， 蔡文奇 ， 金 革
（ 安徽省物理 电子学重点实验室 ， 中国科技大 学近代 物理系 ， 合肥 ２ ０ ２ ） ３ ０ ６
摘要： 介绍 了一种半导体激光器 的稳频 系统 ， 重点分析 了应 用 于系统 中的 比例加 积分 自动控制原 理， 设计 了一种用于稳定半导体激光器发射频率的比例加积分放大 电路 ， 并叙述 了激光稳频 实验过程和
第 ３卷 Ｏ
２１ ０ ０年
第２ 期
２
核电子学与探测技术
Ｎｕ ｌ ｒＥｅｔｏ ｉ ｃ ａ ｌｃｒｎｃ ｅ ｓ＆ Ｄ ｔｃｉｎＴｅｈ ｏｏ ｙ ｅｅｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ
Ｖ乩 ３ Ｎｏ ２ ０ ．
］ ｈ ２ １ ｂ ｅ ００
用 于 激 光 稳 频 系统 的 比例 加 积 分 控 制 器
随着 时 间 的增 加 而加 大 ， 推动 控 制器 的输 出 它
收稿 日期 ：０ ８１—８ ２ ０— １２
基金项 目 ： 国家 自然科 学基金资助（ ０ ２ ４ １ 。 ６６ ５ ０ ） 作者简介 ： 张晨 （９ ３） 男 ， １ ８－ ， 汉族 ， 安徽阜阳人 ， 中国
科学技术大学近代 物理 系硕士 研究 生 ， 事物理 电 从
高精度输出半导体激光器的温度控制系统设计
输
体光的度制统计 激器温控 系设
章朝阳
，
喜 嚣
堂
Ｔ ｅ Ｄ ｓ ９ ｆ ｒ ａ Ｈ ９ ｒ ｃ ｓ ０ ｅ ｐ ｒ ｔ ｒ ｙ ｔ ｍ ｈ ｅ ｉ ｎ ｏ ｉ ｈ Ｐ ｅ ｉ ｉ ｎ Ｔ ｍ ｅ ａ ｕ ｅ Ｓ ｓ ｅ
汁
Ｋｅ ｗｏ ｄ ：Ｌ ｓ ｔ Ｄ ｏ ｅ： Ｔ ｍ ｅ ａ ｕ ｅ Ｃ ｎ ｒ ｌ ｇ ｖ ｒｓ ａ ｅ ｉ ｄ ｅ ｐ ｒ ｔ ｒ ｏ ｔ ｏ ｉ １ｎ
０ 弓言 Ｉ 随着光纤通信向着小型化、 集成化发展， 掺铒光纤放大 器 （ Ｆ） ＲＭＮ 大器 的பைடு நூலகம்用越来越广泛， Ｅ Ａ和 ＡＡ 放 Ｄ 要求半导体激
将Ｌ 的温度反馈到输入端， Ｄ 经过差动放大和缓冲隔离后送入 ＰＤ Ｉ控制器， 通过控温执行元件实现温度控制【。 ２ 测温部分用 】 具有高灵敏 度的负温度系数的热敏电阻 （Ｔ） Ｎ Ｃ作为温度传感
器， 将实际温度与设置温度值相减 ， 差值送 ＰＤ 制器 驱动 Ｉ控 温控执行部分 。用 Ｔ Ｃ Ｅ 作为 制冷器件 ，Ｔ Ｃ用乙类双电源互 Ｅ 补对称 功率放 大电路 驱动。 １ １温度 ／ ． 电压 转换 电路 进行精 密温控的前提条件是能够高精 度高分辨率的检测 温度值 。 本文 中的温控装置用于激光器 ， 温控 精度要求达到 ±Ｏ０１，因此相 应的测温分辨率至少应高 出一个数量级 。 ．２ Ｃ 通 常的集成温度传 感器或半 导体温度传感 器达不 到如此精 度， 热敏 电阻具有较高的温度系数 ， 但非线性很大 。由于 Ｌ Ｄ体积 非常小 ， 以，测温器件也要很小 。 所 采用半导体工艺 制成的薄膜铂热敏电阻器 ， 不仅体积 小 （ 以做 到２Ｏ ｍ ｘ 可 ．ｍ ２５ ． ｍｍ １１ ｘ ．ｍｍ） 而且具有很好的灵敏度和 稳定性 ， ， 它 将 温度的变化转化 为电阻值的变化， 在不 太宽的温度范围 内 （０ １ ２ ０Ｃ以下） ，其 电阻与温度的关系可 以表示 为 ： Ｒ Ｒ ［一ｏ （ ＝ 。 １ 【 ０， ０ ） 】 式中 ： 。 ０ Ｒ 为 时的电阻值 （ ： 为选 定温度，一般 Ｑ） ０。 为 ０Ｃ ０ 时的 电阻值 ； ｏ １ ；Ｒ 为 。 【 为温度系数 。测温电路如 图一所示， 采用桥路放 大采样。 为了很好 的使 热敏 电阻 （ｔ Ｒ） 的变化与输出的电压 线性化， 电路 中设计 ＴＲ与 Ｒ 并联。 ｔ 电 桥由 Ｒ 、Ｒ 、Ｒ 、Ｒ 、Ｒ 组成。因此，Ｒ 上的电压变化就 １ ２ ３ ４ ｔ ｔ
高稳定度半导体激光器恒流驱动电路设计
８／２８３２－３５长春工程学院学报（自然科学版）２０２０年第２１卷第２期Ｊ．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｉｎｓｔ．Ｔｅｃｈ．（Ｎａｔ．Ｓｃｉ．Ｅｄｉ．），２０２０，Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．２ＩＳＳＮ １００９－８９８４ＣＮ ２２－１３２３／Ｎｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－８９８４．２０２０．０２．００８高稳定度半导体激光器恒流驱动电路设计收稿日期：２０２０－６－１２基金项目：吉林省教育厅“十三五”科学技术研究项目（ＪＪＫＨ２０１８０９８４ＫＪ）长春市科技计划项目（１８ＳＳ００８）作者简介：黄丫（１９７８－），女（汉），长春人，讲师，博士主要研究高速光电子学。
黄 丫１，３，田小建２，于 兰１，卢 虹１，李胜男１，孟 瑜１（１．长春工程学院能源动力工程学院，长春１３００１２；２．吉林大学电子科学与工程学院，长春１３００１２；３．吉林省建筑能源供应及室内环境控制工程研究中心，长春１３００１２）摘 要：设计了一种半导体激光器恒流驱动电路，使用金属—氧化物半导体场效应晶体管作为电流控制元件，通过反馈网络稳定电流，提高驱动电路输出模块的驱动能力和稳定性。
电路中设有限流保护和软起动保护，使半导体激光器驱动电路在提供大输出电流的同时，保证其稳定性、可靠性和安全性。
经实际测试，该驱动电路能够满足设计需求，为其他类似电路的设计提供了参考。
关键词：半导体激光器；恒流驱动；稳定度；软启动中图分类号：ＴＮ２９文献标志码：Ａ 文章编号：１００９－８９８４（２０２０）０２－００３２－０４０ 引言半导体激光器又称为激光二极管，是采用半导体材料作为工作物质的激光器。
半导体激光器是最实用最主要的一类激光器。
它体积小、寿命长，可采用简单的注入电流的方式来泵浦，其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。
基于这些优点，半导体激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面获得了广泛的应用［１－２］。
随着半导体激光器需求量的增加，其驱动电源的重要性也不断提高。
高精度半导体激光器驱动电源及温控电路设计
高精度半导体激光器驱动电源及温控电路设计罗亮;胡佳成;王婵媛;刘泽国【摘要】In order to solve the problem that the output power and wavelength of semiconductor laser light source was easily influenced by drive current and working temperature in Brillouin optical fiber sensing system, high-precision constant current drive and temperature control circuit were designed.Deep negative feedback integrated circuit was used to control the laser drive current precisely.Integrated temperature control chip MAX1978 was adopted to control the working current of semiconductor coolers and achieve the accurate controlment of laser working temperature.The results show that the design achieves the adjustment of drive current from 0mA~100mA.The maximum relative error of current control is 0.06%, current stability is 0.02% and the maximum error of temperature control is 0.03℃.Under the condition of temperature control, the stability of optical power is 0.5%, and the largest drift is0.005dBm.The design can achieve the effective control of current and temperature and ensure the stability of output light.%为了解决布里渊光纤传感系统中半导体激光器光源输出功率和波长易受驱动电流和温度影响的问题,设计了一种高精度恒流驱动和温控电路.该电路利用深度负反馈积分电路对激光器驱动电流进行精密的恒流控制,同时采用集成温度控制芯片MAX1978控制半导体制冷片的工作电流,实现对激光器工作温度的精确控制.结果表明,本设计实现了驱动电流0mA~100mA可调,电流控制最大相对误差为0.06%,电流稳定度为0.02%,温度控制最大误差为0.03℃,在温控的条件下,光功率稳定性达到0.5%,最大漂移量为0.005dBm.该设计实现了对电流和温度的有效控制,保证了输出光的稳定性.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2017(041)002【总页数】5页(P200-204)【关键词】激光技术;半导体激光器;恒流驱动;温控电路;布里渊传感【作者】罗亮;胡佳成;王婵媛;刘泽国【作者单位】中国计量大学计量测试工程学院,杭州 310018;中国计量大学计量测试工程学院,杭州 310018;中国计量大学计量测试工程学院,杭州 310018;中国计量大学计量测试工程学院,杭州 310018【正文语种】中文【中图分类】TN86;TP273布里渊分布式光纤传感因能同时远距离传感温度和应变，被广泛应用在天然气和石油管道、远距离电力传输线路检测、矿井安全和边境安全监控等领域[1-3]，具有广阔的发展空间。
新型半导体激光器——VCSEL详解
新型半导体激光器——VCSEL详解VCSEL(Vertical-cavity surface-emitting laser)，即垂直腔面发射激光器，是集高输出功率和高转换效率和高质量光束等优点于一身，相比于LED 和边发射激光器EEL，在精确度、小型化、低功耗、可靠性等角度全方面占优。
随着VCSEL 芯片技术的成熟，以其作为核心元件的3D Sensing 走入应用，在活体检测，虹膜识别， AR/VR 技术以及机器人识别和机器人避险、自动驾驶辅助等领域得到发展。
近期，3D Sensing 的主要应用以手机为主，iPhone X 首次搭载3D 结构光模组，引领3D Sensing 消费市场。
目前，全球3D Sensing 供应链趋于完善，VCSEL 设计厂商Lumentum、II-VI 、Finisar、AMS，VCSEL 外延片供应商IQE、全新光电以及台湾晶圆代工厂稳懋、晶电等均纷纷布局3D Sensing 领域。
据预测，未来几年3D Sensing 市场规模将呈几何式增长，到2020 年3D Sensing 市场规模可达到108.49 亿美元2023 年3D 传感的市场空间达到180 亿美元，2018 年-2023 年复合增速达到44%。
其中，3D Sensing 在智能手机市场上的渗透率不断提高，3D Sensing 渗透率有望从2017 年的2.1%提高至2020 年的28.6%。
一、VCSEL 基本结构与工作原理VCSEL 器件有两种基本结构，一种是顶发射结构：采用MOCVD 技术在n 型GaAs 衬底上生长而成，以DBR 作为激光腔镜，量子阱有源区夹在n-DBR 和p-DBR 之间。
由于量子阱厚度小，单程增益小，因此反射镜的反射率较高，一般全返腔镜反射率>99.9%，输出腔镜反射率通过理论计算设定最佳的耦合输出率（一般也大于99%），然后在衬底和p-DBR 外表面制作金属接触层。
高精度半导体激光器驱动电源系统的设计
高精度半导体激光器驱动电源系统的设计刘平英,丁友林(金肯职业技术学院 江苏南京 211156)摘 要:介绍一种以DSP T M S320F2812控制模块为核心的高精度半导体激光器驱动电源系统的设计。
该系统以大功率达林顿管为调整管加电流负反馈电路实现恒流输出,利用DSP 内部集成的模/数转换器对输出电流采样,并经过PI 算法处理后控制PW M 输出实现动态的误差调整,消除电路中的静止误差。
为了提高系统的稳定性,在系统中加入过流、过压保护和延时软启动保护等功能。
结果表明,输出电流范围在10~2500mA 内,输出电流变化的绝对值小于输出电流值的0.1%+1mA,从而确保了半导体激光器工作的可靠性。
关键词:DSP ;半导体激光器;PI 算法;PW M中图分类号:T N248.1 文献标识码:B 文章编号:1004-373X(2009)08-166-04Design of High Precision Semiconductor Lasers Driver Source SystemL IU Ping ying ,DI NG Yo ulin(Ji nken Co ll eg e o f T echno log y,Nanjing,211156,China)Abstract :A highly pr ecise cur rent source dr iver system o f semiconductor laser s is pr esented,w hich ado pts the DSP T M S320F 2812as co ntr ol co re unit.T he system uses a combinatio n of high -pow er Darlingto n tr ansisto r as an adjust or and neg ativ e feedback cir cuit o f cur rent to r ealize constant cur rent output.T he DSP inter ior integr ated A DC is used to sample the cur rent date that co ntr ol the output of P WM after PI algo rit hm pro cessed,w hich is to r ealize dy namic err or regulation and eliminate static er ro r in the circuit.T he pro tect functio n at ov er-curr ent o r ov er-vo ltag e protection circuit and delay star tup unit is added into the sy stem t o impro ve its st abilit y.T he r esult s o f ex periments show that the curr ent output o f the system is betw een 10~2500mA ,and the absolute v alue of the chang ing curr ent output is smaller than 0.1%+1m A,and ensure that lasers diode runs r eliably.Keywords :DSP;semico nduct or lasers diode;P I alg or ithm;P WM收稿日期:2008-07-22基金项目:江苏省高校高级人才科研基金资助资助(04JDG021)0 引 言半导体激光器(LD)是一种固体光源,由于其具有单色性好,体积小,重量轻,价格低廉,功耗小等一系列优点,已被广泛应用。
211233500_镱离子光钟的多波长数字PID激光稳频系统
镱离子光钟的多波长数字PID激光稳频系统韩蕾，薛潇博，纪仟仟，苏亚北，陈煜（北京无线电计量测试研究所，北京 100039）摘要：针对镱离子光钟实验中激光冷却并操控离子时，激光器频率漂移影响原子钟系统的问题，基于数字PID控制方法，设计了一种新的多通道频率-数字信号转换稳频方法，将多路多波长激光频率锁定在波长计的参考频率上。
对激光器锁定前和锁定后的频率进行一定时长的数据采集及数据对比，激光频率漂移由800 MHz控制在± 0.8 MHz，激光频率稳定度由9.29 × 10-10@1 s优化至2.79 × 10-10@1 s，频率千秒稳达到3.85 × 10-12。
该系统简单、易实现，具有小型化、适应性强的优点。
关键词：镱离子光钟；稳频；数字PID；波长计中图分类号：TB96 文献标志码：A 文章编号：1674-5795（2023）03-0129-07Multi⁃wavelength digital PID laser frequency stabilization system forytterbium ion optical clockHAN Lei, XUE Xiaobo, JI Qianqian, SU Yabei, CHEN Yu(Beijing Institute of Radio Metrology and Measurements, Beijing 100039, China)Abstract: In the ytterbium ion optical clock experiments, the ions are cooled and manipulated by lasers, and the laser frequency shifts will affect the atomic clock system. Aiming at the laser frequency shifts, based on the digi⁃tal PID control method, a new multi⁃channel frequency⁃digital signal conversion method for frequency stabilization is designed to lock the multi⁃channel and multi⁃wavelength laser frequency to the reference frequency of the wave⁃length meter. The laser frequency data before and after locking are acquired for a certain amount of time and com⁃pared. The result shows that the laser frequency drift is stabilized from 800 MHz to ± 0.8 MHz, the laser frequency short⁃term instability decreases from 9.29 × 10-10@1 s to 2.79 × 10-10@1 s, and the long⁃term instability reaches 3.85 × 10-12@1 000 s. The system is simple and easy to implement, and has the advantages of miniaturization and strong adaptability.Key words: Yb+ optical clock; frequency stabilization; digital PID; wavelength meter0 引言在原子钟系统中，需要利用激光与原子的相互作用对原子进行冷却或操控，因此，对激光器的频率稳定度有较高的要求［1-5］。
激光设备电气控制系统介绍讲解课件
通过采集和分析设备运行数据，快速定位故障原因，提高维修效率。
03
02
01
03
远程技术支持
通过网络与远程技术支持中心连接，获取专业人员的故障诊断和处理建议。
01
故障自诊断
系统具备自诊断功能，能自动检测和识别故障部位，为快速维修提供便利。
02
故障处理预案
针对不同故障类型，制定相应的处理预案，缩短故障处理时间。
新型激光材料如稀土掺杂光纤、非线性晶体等具有优异的光学性能，能够实现激光波长的转换和调控。新型激光器件如光子晶体激光器、微纳激光器等具有小型化、集成化的特点，适用于各种便携式和嵌入式应用场景。
总结词
详细描述
06
CHAPTER
激光设备电气控制系统的维护与保养
电源故障
传感器故障
电路故障
软件故障
01
VS
高功率激光技术是未来发展的重要方向，将广泛应用于工业、医疗等领域。
详细描述
随着激光技术的不断突破，高功率激光器的输出功率不断提高，能够满足各种高难度加工和医疗需求。高功率激光技术将推动激光设备在切割、焊接、熔覆等领域的更广泛应用，同时为医疗领域提供更高效、安全的治疗手段。
总结词
新型激光材料与器件的发展将为激光设备带来更高的性能和更广泛的应用领域。
环保
05
CHAPTER
激光设备电气控制系统的未来发展趋势
总结词
随着人工智能和物联网技术的快速发展，激光设备电气控制系统将更加智能化，实现自动化和自主化控制。
详细描述
通过集成AI算法和传感器技术，激光设备能够实时感知自身状态和环境变化，自动调整参数和运行模式，提高生产效率和设备寿命。同时，智能化的控制系统能够减少人工干预，降低操作难度，提升设备使用的便捷性。
半导体激光器件中的稳频与频率稳定性研究
半导体激光器件中的稳频与频率稳定性研究激光器件已成为现代科技的关键应用，广泛应用于通信、制造、医疗等领域。
在这些应用中，稳定的激光频率是确保设备性能和数据传输质量的重要因素。
半导体激光器件因其小巧、可靠性高和成本相对较低而受到广泛关注。
然而，在实际使用中，半导体激光器件的频率稳定性仍然是一个挑战。
本文将介绍半导体激光器件中的稳频与频率稳定性研究，分析其应用前景与关键技术。
首先，我们来探讨半导体激光器件中的稳频技术。
稳频是指激光器件产生的激光频率在一定的范围内保持恒定。
稳频技术的研究主要集中在解决以下几个关键问题：频率漂移、频率抖动和频率调谐。
频率漂移是由于环境温度、电流波动或其他因素引起的频率变化。
频率抖动是指激光频率在时间尺度上的快速变化，其主要受到激光器内的噪声与振荡器的限制因素影响。
频率调谐是指通过控制激光器器件中的谐振腔，改变激光频率的能力。
研究人员通过改进材料的选择、增加反馈机制和优化器件的结构等方法，不断改进半导体激光器件的稳频性能。
其次，我们来关注半导体激光器件中的频率稳定性研究。
频率稳定性是指激光器件在长时间运行过程中频率的变化情况。
频率稳定性对于激光器件在通信、光谱分析和精密测量等领域的应用至关重要。
然而，半导体激光器件在长时间运行过程中频率稳定性往往受到多种因素的影响，例如温度变化和器件老化等。
因此，频率稳定性的研究成为了半导体激光器件技术改进的重要方向。
研究人员通过控制温度、加入反馈机制和增强材料的纯度等方法，努力提高半导体激光器件的频率稳定性。
最后，我们来展望半导体激光器件中稳频与频率稳定性研究的应用前景。
随着科技的不断发展，激光器件在通信、制造和医疗等领域的应用需求不断增加。
半导体激光器件由于其小巧、可靠性高和成本相对较低的特点，已成为激光器件技术的重要分支。
然而，稳频与频率稳定性仍然是半导体激光器件技术改进的关键挑战。
通过持续的研究与技术创新，我们有理由相信可以克服这些挑战，进一步提高半导体激光器件的稳频与频率稳定性。
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。
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
半导体激光器稳频
实验报告实验名称：半导体激光器稳频指导教师：姓名：专业：学号：一、实验目的1. 了解光栅外腔反馈半导体激光器的内部结构和基本操作；2. 理解影响半导体激光器频率稳定性的因素；3. 熟悉稳频的基本原理、步骤及操作；4. 掌握标定激光器频率起伏的方法。
二、实验仪器Toptica 光栅外腔反馈式半导体激光器、饱和吸收光谱、锁频模块、示波器三、实验原理稳频的基本思想影响半导体激光器频率稳定性的因素包括LD 温度、注入电流、外腔机械结构等。
因此，对半导体激光器采用恒温、恒流、防震、密封等措施后，其频率稳定度可以提高到一个量级，但再进一步提高，将受温度控制极限的限制。
因此必须采用进一步的稳频措施。
激光稳频技术通常是采用电子伺服系统控制激光的频率抖动。
主要原理是：当激光频率偏离标准频率时，由鉴频器给出误差信号，通过伺服系统和压电元件控制激光器的外腔长，使激光频率自动回到标准频率上。
鉴频原理我们将实验七所得的饱和吸收光谱信号输入到锁频模块中，信号被放大后选择高通滤波，滤去直流部分和电源主频对信号的干扰。
然后锁频模块内置的信号源对激光器的频率进行调制，调制频率记为mod f ，调制幅度记为ω∆。
设激光的初始频率为0ω，那么调制后的激光频率为：)2sin()(mod 0t f t ⨯⨯⨯∆+=πωωω进入探测器的饱和吸收谱信号近似为：)2sin()()(mod 00t f S S t S ⨯⨯⨯∆⨯'+=πωω 这样的信号在锁频模块内部被自己的调制信号进行检波 )4cos()()2sin()(21)]2sin()[()2sin()2sin()(mod 0mod 002mod 0mod 0mod t f S t f S S t f S t f S t f t S ⨯⨯⨯∆⨯'-⨯⨯+∆⨯'⨯=⨯⨯⨯∆'+⨯⨯⨯=⨯⨯⨯πωωπωωπωωππ检波后的信号再送入低通滤波器，目的是滤掉所有与时间有关的高频项。
高精度半导体激光器温度控制系统技术研究
输出影响最大 。Ｄ的输出波长与温度有着很大的关 Ｌ 系。当 Ｌ 内部温度增加时， Ｄ 输出波长也随之增加， 波长随温度变化的典型值为 ０ 一Ｏ ／ ［ － ．ｎ ￣ ３ ４ｍ Ｃ 。 要想得到 Ｌ Ｄ高效稳频 、 低噪声的输 出， 则必须 对 Ｌ 的驱动电流和温度进行高精度的控制。传统 Ｄ
ｓｍｉ ｎ ｕ ｔｒｌ ｅ ｉ ｅｔｍｐ ｒｔｒ ｃｎｒｌｔｅｐｅｉ ｏ ｆ ｈ ｏ ｔ ｌ ｄｔｍｐ ｒｔｒ ｅ ｃ ｄ ｃ ｓｒ ｏ ｏ ｏ ａ ｄ ｄ ｅ ｅａ ｅ ｏ ｔ ，ｈ ｒｃｓ ｎｏ ｅｃ ｎｒ ｌ ｕ ｏ ｉ ｔ ｏ ｅ ｅ ｅａｕｅｉ ｓ士 ００ ℃ ａ ｄｔｅ ．１ ｎ ｈ ｐｅｉ ｏ ｆｈ ｏ ｔ ｌ ｄｗ ｖ ｌ ｇｈｉ士 ０Ｉｍ。 ｈ ｐ ｒ ｎ ａｕｅ ｎ ｆ ｕｐ ｔ ｕｒｎ ａｉｔ ｓ ｒｃｓ ｎｏ ｔｅｃ ｎ ｏｌ ａ ｅｅ ｔ ｉ ｒ ｅ ｎ ｓ ． ｎ Ｔ ｅ ｘ ｅ ｍｅｔ ｅ ｉ ｍｅｓｒｍｅｔ ｏ ｔ ｒ ｔｔｂｌｙａ ｏｉ ｏ ｕｃ ｅ ｓ ｉ ｌ ｓ
ｇ ｖ ｎ ｏ ｔ Ｗ ｉ ｈ ｓ ｓ ｓｅ ， ｕ ｘ ｅ ｉ ｎ ｐ ｒ ｖ ｓ ｔ ｅ ｌ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｒ ｐ ｃ ｒ ｍ ｆｌ ｓ ｒ ｄ ｏ ｅ ｃ ｎ ｂ ｍ － ｉｅ ｕ ． ｔ ｔｉ ｙｔｍ ｏ ｒｅ ｐ ｒ ｈ ｍｅ ｔａ ｐ ｏ ｅ ｈ ｉ ｎ ｈ ｕ ｅ ｓ ｅ ｔ ｆ ｕ ｏ ｅ ｉｄ ａ ｅ ｉ ａ
长 的单 一性 。
关键词： 激光光源 ； 温度控制 ； 半导体制冷器； 驱动电路 ；Ｉ ＰＤ控制器 中图分 类号 ： Ｐ ７ Ｔ ２３ 文献 标识 码 ： Ｂ 文章 编号 ：６ １ ７ ２（０ ３０ ３ —４ １ ７ ． ９ ． １）．０ ００ ４ ２ １
基于LabwindowsCVI的外腔半导体激光器数字稳频系统设计
光 器频 率锁 定 由模 拟稳 频 系统完 成 。但 是 ，模 拟 系统 比较 复 杂 ，电路元 件 固化 ，参数 修 改不 方便 ，且调
试 周期 较长 ，不 利 于维 护 和更新 ，而且需 要 手动 调节 ，增 加 了人 力成 本 。
随 着计 算机 的 发展 ，数 字系 统 变得越 来越 便 利 ，在各 个 领域 已经 得 到广 泛应 用 。相对 于模 拟系统 ，
数 字系 统灵 活方 便 ，性 价 比高 。本 文基 于 数据 采集 卡 ，结 合 虚拟 仪器 的 强大 功能 ，采用 全数 字 的稳 频方 法 ，以铯 原 子 Ｄ 吸收 谱线 的 中心频 率 为参 考频 率 ，搜索 铯原 子 Ｄ 线 的 ６个饱 和 吸收 峰 ，通过 调制 注入
收稿 日期 ：２ ０－０ －０３ Ｏ１ ３
基金 项 目： 国家高技术研究发展计划 （ ６ ８３计划 ） 资助项 目 （ ０ ７ ２ ３ １ ；同家 Ａ然科学基金资助项 目 （ ０ ３０ ７） ２０ １Ｚ ０ ） １８ ４ ０ ；
中 国 科学 院重 要 方 向资 助项 日 （ Ｊ Ｘ 一 Ｗ— １ Ｋ Ｃ ２ Ｓ Ｔ ２） 作 者 简 介 ：刘 丹丹 ，女 ，硕 士 ，主 要从 事 原 子 钟 控 制 方 面 的研 究 。
电流 来实 现对 激 光器频 率 的调 制 ，由锁 相放 大技 术 获得 吸收 谱线 的鉴频 曲线 ，然 后经 过 反馈 环路 可将 激
高稳定度光纤耦合半导体激光器恒流源电路设计
第５１卷 第３期 激光与红外Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．３ ２０２１年３月 ＬＡＳＥＲ ＆ ＩＮＦＲＡＲＥＤＭａｒｃｈ，２０２１ 文章编号：１００１ ５０７８（２０２１）０３ ０３２１ ０７·激光器技术·高稳定度光纤耦合半导体激光器恒流源电路设计于秋驰１，２，刘志巍２，段 凯２，刘新明３，李义民１，２（１ 郑州大学物理学院，河南郑州４５０００１；２ 中电科信息产业有限公司，河南郑州４５００１７；３ 南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏南京２１００９４）摘 要：光纤耦合半导体激光器多用作高功率光纤激光器的泵浦源，它对电流波动十分敏感，为了确保其波长与输出功率的正常，设计了一款高稳定度恒流源电路。
此恒流源电路采用闭环反馈控制，使ＭＯＳ管工作在放大区来输出恒定电流，采用带有透孔的厚膜电阻作为采样电阻，其耐压高、阻值范围宽、散热能力强，大大提高了恒流源电路的稳定性，电路实现０～２０Ａ电流可调。
鉴于一般恒流源电路启闭时间较长，此电路在运放与ＭＯＳ管之间加入晶体管来放大信号，缩短电路启闭时间，同时在设计中增加模拟开关电路来精确控制信号。
经实验测试，此恒流源电路开启、关闭耗时较短，分别是４．５ｍｓ与６．５ｍｓ，恒流板结构散热能力较强且稳定，耐高温性好，电流稳定度较高，达到１０－３量级，使用此电路设计的电源作为光纤耦合半导体激光器的激光电源时，激光器的中心波长与输出功率均较为稳定。
关键词：半导体激光器；泵浦源；恒流源电路；稳定度中图分类号：ＴＮ２４８ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ５０７８．２０２１．０３．０１１ＤｅｓｉｇｎｏｆｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｃｉｒｃｕｉｔｆｏｒｈｉｇｈｓｔａｂｉｌｉｔｙｆｉｂｅｒｃｏｕｐｌｅｄｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒＹＵＱｉｕ ｃｈｉ１，２，ＬＩＵＺｈｉ ｗｅｉ２，ＤＵＡＮＫａｉ２，ＬＩＵＸｉｎ ｍｉｎｇ３，ＬＩＹｉ ｍｉｎ１，２（１．Ｓｃｈｏｏｌｏｆｐｈｙｓｉｃｓ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００１，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００１７，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｂｅｒｃｏｕｐｌｅｄｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒｓａｒｅｍｏｓｔｌｙｕｓｅｄａｓｔｈｅｐｕｍｐｓｏｕｒｃｅｏｆｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒｆｉｂｅｒｌａｓｅｒｓ，ｗｈｉｃｈａｒｅｖｅｒｙｓｅｎｓｉｔｉｖｅｔｏｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｎｏｒｍａｌｗａｖｅｌｅｎｇｔｈａｎｄｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒ，ａｈｉｇｈｓｔａｂｉｌｉｔｙｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｃｉｒｃｕｉｔｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｃｉｒｃｕｉｔａｄｏｐｔｓｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐｆｅｅｄｂａｃｋｃｏｎｔｒｏｌｔｏｍａｋｅｔｈｅＭＯＳｔｕｂｅｗｏｒｋｉｎｔｈｅａｍｐｌｉｆｉｅｒａｒｅａｔｏｏｕｔｐｕｔｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔ．Ｔｈｅｔｈｉｃｋｆｉｌｍｒｅｓｉｓｔｏｒｗｉｔｈｔｈｒｏｕｇｈ ｈｏｌｅｉｓｕｓｅｄａｓｔｈｅｓａｍｐｌｉｎｇｒｅｓｉｓｔｏｒ，ｗｈｉｃｈｈａｓｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｗｉｄｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｒａｎｇｅａｎｄｓｔｒｏｎｇｈｅａｔｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙ，ｗｈｉｃｈｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅａｄｊｕｓｔａｂｌｅ０～２０Ａｃｕｒｒｅｎｔ．Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｌｏｎｇｏｐｅｎｉｎｇａｎｄｃｌｏｓｉｎｇｔｉｍｅｏｆｇｅｎｅｒａｌｃｏｎｓｔａｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓａｒｅａｄｄｅｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｏｐ ａｍｐａｎｄｔｈｅＭＯＳｔｕｂｅｔｏａｍｐｌｉｆｙｔｈｅｓｉｇｎａｌａｎｄｓｈｏｒｔｅｎｔｈｅｏｐｅｎｉｎｇａｎｄｃｌｏｓｉｎｇｔｉｍｅｏｆｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ａｎａｌｏｇｓｗｉｔｃｈｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｉｓａｄｄｅｄｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｔｏａｃｃｕｒａｔｅｌｙｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｓｉｇｎａｌ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｃｉｒｃｕｉｔｔａｋｅｓ４．５ｍｓａｎｄ６．５ｍｓｔｏｔｕｒｎｏｎａｎｄｏｆｆｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔｐｌａｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｈａｓｓｔｒｏｎｇａｎｄｓｔａｂｌｅｈｅａｔｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙ，ｇｏｏｄｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｈｉｇｈｃｕｒｒｅｎｔｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｒｅａｃｈｉｎｇｔｈｅｍａｇｎｉｔｕｄｅｏｆ１０－３，ｗｈｅｎｔｈｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙｔｈｉｓｃｉｒｃｕｉｔｉｓｕｓｅｄａｓｔｈｅｌａｓｅｒｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｏｆｔｈｅｆｉｂｅｒｃｏｕｐｌｅｄｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒ，ｔｈｅｃｅｎｔｒａｌｗａｖｅｌｅｎｇｔｈａｎｄｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｏｆｔｈｅｌａｓｅｒａｒｅｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｓｔａｂｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒ；ｐｕｍｐｓｏｕｒｃｅｓ；ｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｃｉｒｃｕｉｔ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ作者简介：于秋驰（１９９６－），男，硕士研究生，主要研究方向为激光电源。
可调谐半导体激光器的高精密驱动电源与稳频设计
第35卷，增刊、，01．35Suppl em e nt红外与激光工程I n台ar ed a nd L a ser E ngi ne er i ng2006年10月O ct．2006可调谐半导体激光器的高精密驱动电源与稳频设计袁杰，陈文兰，齐向辉，伊林，汪中，陈景标，陈徐宗(北京大学信息科学技术学院，量子信息与测量教育部重点实验室，北京100871)摘要：介绍了一种新型实用的半导体激光稳频系统，主要包括精密控温电路、精密控流电路和激光稳频电路。
对电路原理进行了讨论，给出了具体的参考电路和测量结果。
结果表明控温电路的控制精度达到1m K，使得由于温度影响导致的频率漂移小于3．8M H z，控流电路的控制精度为l u A，使得由于电流抖动引起的频率抖动小于l M H z，控温，控流电路与稳频电路组成的半导体激光稳频系统能够很好地将频率稳定于原子跃迁线上。
所设计的稳频系统精度高、调节方便，可用于激光精密长度测量、化学精密检测和激光冷却等。
关键词：半导体激光；控温；控流；稳频中图分类号：TN248．4文献标识码：A文章编号：l007．2276(2006)增C一0115—05D es i gn f or pow e r s uppl y and f r equency st abi l i za t i on ofE C LⅥJA N Ji e，C H E N W en-l锄，Q I X i锄g-hui，Y I L i I l，W A N G Zhong，C H E N J i ll_bi∞，C H EN X u-z ong(K cy Labor砒ory fo r Q l I ann朋I nf b咖at i on柏d M e鹅ur cm ent s of M i ni s tr y ofEdl I c at i o|l'Schoo l of El cct m nics E ngi ne盯i ng＆C om pu把r Sci锄cc，P c l c i n g ul Ii V e佴i吼BeO ing10087l，Chi脚A bs t ra c t：The desi gI l of t l l e矗．equenc y st a bi l i zat i on s ys t em of ext em al ca vi t y s em i con duct or l勰er(EC L)，i I l cl udi ng t he t em perat urc c ont r D l ci r cui t，cur r ent cont rol ci r cui t，f_r equenc y s切bi l i za t i on ci r c ui t is i n仃oduced．T he pr i nc i pl e of t he ci r c ui t s is di s c us s ed，a nd t he r el e v肌t m e asur em en t f or t he ci r cu i t S i s gi v en．T he r esu l t s i ndi cat e t h at t lle noi se of t em per at u r e con仃ol l e r i s r edu ced t o l ess t han l m K，w hi c h m a ke s t he cor r espondi l l g仔equency捅f t caused by t he t em per at u r e is l ess t ha n3．8M H Z．The noi se of t he cun．ent cont r ol l e r is r educed t o l e ss廿l a n l p A，w hi ch m ak es t he con-espondi I l g舶quency nuct uat i on i s l ess t h an l M H z．111e饥quency i s l ock ed on t he at om 仃a nsi t i on by t l l e舶quency st a bi l i zat i on c i r cui t．111e行equency s讪il iZati on E C L is pe响m e d w i nl廿l e f．eatur es of preci si on，f l exi bi l i饥w hi ch can be w i del y us ed i Il m ea s ur em e nt of l en舀h，chem i s仃y t es t and l aSer c001i ng，et c．K ey w or ds：Sem i cond uct or L觞er；T em perat ur e con仃oI；C ur rent con打ol；Fr equ ency st abi l i动t i on0引言自1962年第一支半导体激光管问世以来，半导体激光器有了很大的发展，特别是近十年来，在激光冷却收稿日期：200鲫8-2l基金项目：国家重点基础研究课题(200l cB309308)：国家重点基础研究课题(2005cB37245∞)：国家自然科学基金重大项目(604902∞)；国家自然科学基金(60271003)作者简介：袁杰(1974．)，男，江苏张家港人，博士生，主要从事半导体激光技术和飞秒激光技术面的研究。
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3 通讯联系人 。 E2mail: dm liu@mail. hust. edu. cn 收稿日期 : 2005210224;收到修改稿日期 : 2006201213
随之增加 ,波长随温度变化的典型值为 0. 3nm / ℃～ 0. 4nm / ℃[ 5, 6 ] 。很显然 ,要想得到 LD 高效稳频 、低噪 声的输出 ,则必须对 LD 的驱动电流和温度进行高精 度的控制 。
2. 2 比例积分电路
如图 2 所 示 , U5 , U6 及 其 附 属 电 路 组 成 的 一 个
也在 10 - 4 ～10 - 5之间 。 另外 ,电路中二极管 D1 是为了更好地保护 LD ,防
止 LD 被反相电压击穿 ,同时为电容 C1 放电 。
2 温度控制电路的设计
P ID 调节器 。 P ID 调节器实际上就是一个比例 、积分 、 微分电路 。R16 , R17 , R18与 U5 组成一比例放大系统 , R19 , R20 , C1 及 U6 组成积分系统 , P ID 调节器实际上就 是一个对高频进行抑制的电路系统 ,它极大地改善了 信号的信噪比 ,是实现高精度控制的重要保证之一 。
第 30卷 第 6期
袁军国 半导体激光器高精度稳频输出控制系统
651
1 对恒流源电路的设计
目前 ,凡是高精密的恒流源 ,大多使用集成运算放 大 器 [ 9 ] 。作者采用低漂移低噪声型集成运算放大器
的漂移仅仅为 2μV / ℃,其噪声电压为 8nV。采用这种 运放的恒流源 ,其漂移和噪声指标可以大大改善 。
作者研制的由比例积分放大 (p roportional2integral2 differential, P ID )电路实现的高精度电致冷温度控制 仪 ,它不仅适用于控制半导体激光器等自身发热器件 的温度控制 ,而且用于控制无热源器件的温度 ,其温度 范围可扩大到 - 20℃～40℃,控温精度高于 ±0. 01 ℃, 最大电致冷功率大于 10W。
关键词 : 激光器 ;温度控制 ;恒流源 ; P ID 控制器 ;半导体制冷器 中图分类号 : TN248. 4 文献标识码 : A
Accura te con trolling system for the output and frequency of la ser d iodes
YUAN J un2guo1 , ZHAN Chun2 , L I X iao2guo1 , L IU D e2m ing2 , YU D un2lu1
取 Vdd为 - 5V 电压 ,取样电阻 Rs = 100Ω ,输出电
流为 25mA , LD 的输出功率为 1. 7mW ,用 8 位数字万
用表测得 ,输出电流的稳定度为 10 - 4 ～10 - 5 。减小取
样电阻 Rs 就可以获得大电流的输出 ,由于受到集成运 放的最大输出电流的限制 ,所以加入达林顿管 TIP127
对激光器的驱动电流加以放大 。本电路在 a 点提供
- 3. 6V输入 ,取样电阻 Rs = 20Ω 时 ,输出电流最大值 为 180mA ,系统还能够稳定工作 ,输出电流的稳定度
(可以做到 2. 0mm ×2. 5mm ×1. 1mm ) ,而且具有很好
的灵敏度和稳定性 。在不太宽的温度范围内 ( 200℃
第 30卷 第 6期 2006年 12月
激 光 技 术 LASER TECHNOLOGY
Vol. 30, No. 6 December, 2006
文章编号 : 100123806 (2006) 0620650203
半导体激光器高精度稳频输出控制系统
袁军国 1 ,詹 春 2 ,李小国 1 ,刘德明 23 ,于敦录 1
( 1) 有高灵敏度 、负温度系数的热敏电阻器 ,其不仅体积小
采样电阻阻值为 : R s
≥ ( I0 Udd
-
Pl, max )
/ I0 2
(2)
式中 , 为 Pl,max TIP127 的最大允许功耗 。其余电阻值
为 : R5 ≥100R s ; R6
= R5
-
Rs ; R3
= R4
= R5Ua 。 Vdd - Ua
Key words: lasers; temperature control; constant current source; p roportional2integral2differential ( P ID ) p rocessor; thermal electronic cooler( TEC)
内阻均成为采样电阻 , I0 就要与负载电阻有关 ,不能成 分用于显示设置温度和实时监视 LD 温度 。下面将分
为恒流源 。前级运放 U1 接成跟随器是为了将驱动源 几部分来逐一说明其工作原理以及设计结果 。
的源电阻减小到忽略不计 。设 R3 = R4 , R5 = R6 + Rs , 2. 1 温度 /电压转换电路
恒流源的驱动电路如图 1所示 。为了更好地保护 LD ,减小外界静电对 LD 的损伤 , LD 的正相端与外壳
Fig. 1 The circuit of constant current source
相连接地 ,所以在设计该电路中 ,使用负电源供电 ,采 温度控制 [ 10～12 ] 。测温部分采用热敏电阻作为温度传
半导体制冷器 ( thermal electronic cooler, TEC ) 是 利用半导体材料的珀耳帖效应制成的微型致冷器 ,若 给它通以负电流 ,其工作表面即为负温 ,致冷 ;反之 ,加 热 [ 7 ] 。与传统的温度元件 (如电阻丝 )相比 ,它具有使 用方便 、响应速度快 、控制效果佳 、可方便进行加热 /致 冷转换等优点 [ 8 ] 。
Abstract: The change of the output power and the frequency of the light source of an op tical fiber interferometer seriously affects the output of the interferometer. In order to get high output accuracy and stability from the op tical fiber interferometer, the operation amp lifier w ith high S /N , and a sem iconductor cooler were used. A laser power driving system was designed. Through theoretical and experimental analysis, it was p roved to p rovide laser diode ( LD ) w ith high stability and, high temperature controlling p recision of ±0. 01℃. The cooling driving current could reach 800mA. A t the same time, it p rovides current control w ith high stability and constant control over output power, which assures the p recision of the controlled wavelength to be ±0. 1nm. The maximum LD driving current reaches 180mA , and the output curren stability could be kep t among 10 - 4 ～ 10 - 5. The experimental data indicate the method is not only simp le, but also highly accurate and stable in term s of temperature control. The app lication maintains the output wavelength of the laser diode at a constant level and assures the measure accuracy in op tical fiber interferometer sensors(OF IS) and op tical communication.
(1. 华中科技大学 光电子工程系 ,武汉 430074; 2. 江西科技师范学院 应用物理系 ,南昌 330046 )
摘要 : 为了在光纤干涉仪中得到光源高精度稳频输出 ,采用高稳定度的恒温控制以及功率稳恒控制方法 ,通过高信 噪比的运算放大器 、半导体制冷器 ,设计了一种激光电源驱动系统 ,并进行了理论分析和实验验证 。其能为半导体激光 器提供温度控制精度在 ±0. 01℃,制冷驱动电流可达 800mA ,同时使得半导体激光器输出波长控制精度在 ±0. 1nm ,驱 动电流最大输出可达 180mA ,输出电流的稳定度为 10 - 4 ～10 - 5。结果表明 ,该系统不仅结构简单 ,而且温度控制稳定 、准 确度高 ,可使半导体激光器的输出波长保持稳定 ,保证了干涉型光纤传感器的测量准确度以及在通信领域中的应用 。
(1. Department of Op to2electronics Engineering, Huazhong University of Science and Technology, W uhan 430074, China; 2. Department of Communication and Electron, J iangxi Science & Technology Normal University, Nanchang 330046, China)