外腔半導(dǎo)體激光器的溫度控制.pdf

1、本論文著重研究了外腔半導(dǎo)體激光器(ECLD)雙重溫度控制電路的設(shè)計方案,并研制了為智能光源系統(tǒng)提供支持電壓的穩(wěn)壓電源. 對于外腔半導(dǎo)體激光器,影響其穩(wěn)定度的因素主要是工作溫度的漂移和驅(qū)動電流的變化.當(dāng)ECLD內(nèi)部溫度增加時,輸出功率也隨之減小,如果溫度不穩(wěn)則可能會引發(fā)模式跳躍現(xiàn)象,其結(jié)果會嚴(yán)重影響ECLD的穩(wěn)定度；其次,ECLD的閾值電流隨溫度升高而升高,整個激光器的特性曲線基本上隨溫度的變化而平行移動；同時,長期工作于溫度過高

2、狀態(tài)將導(dǎo)致ECLD的老化甚至損壞.因此,對于ECLD的高精度溫度控制有著非常重要的意義. 本實驗的研究對象為智能型光源系統(tǒng),它是以外腔半導(dǎo)體激光器為核心的. 我們對激光器以及整個智能光源系統(tǒng)進行雙重溫度控制,它由兩個定值閉環(huán)負(fù)反饋溫控系統(tǒng)組成:采用PID控制原理的模擬電路和以單片機為核心的數(shù)字電路系統(tǒng).一方面,當(dāng)LD工作發(fā)熱時,其內(nèi)部集成的負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻把溫度變化的信號快速轉(zhuǎn)換為電信號,然后與預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)溫度作比

3、較得到差值,再經(jīng)信號處理后驅(qū)動同樣是其內(nèi)部集成的半導(dǎo)體致冷器,以保持LD的溫度恒定.這部分是由采用PID控制原理的模擬電路實現(xiàn)的.另一方面,對于由LD等組件構(gòu)成的智能光源系統(tǒng)而言,將其整合在密封箱內(nèi),采用溫度傳感器、單片機、半導(dǎo)體致冷片等組件構(gòu)成的溫控系統(tǒng)來控制整個密封箱及其內(nèi)部的溫度,而這部分是通過以單片機為核心的數(shù)字電路系統(tǒng)來實現(xiàn)的.實驗結(jié)果表明: 智能光源系統(tǒng)的溫度控制精度可達±0.5℃,而半導(dǎo)體激光器的PID溫度控制精度

4、則可達到±0.03℃.本論文還提出了一種采用ARM處理器的改進控制方案,使ECLD外圍伺服電路更加的精確、高效和小型化. 智能型光源系統(tǒng)穩(wěn)壓電源是一種雙極性、多路輸出、高穩(wěn)定性直流穩(wěn)壓電源,它為包括穩(wěn)頻伺服電路、溫控電路、恒流源、波長調(diào)諧電路在內(nèi)的整個智能光源系統(tǒng)提供支持電壓.它共有八路輸出,分別為+5V、+8V、±12V、±15V,輸出電壓誤差小于±0.02V. 在外腔半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用研究中,采用帶有溫控系統(tǒng)的ECL