一種基于pd的激光器溫度控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于PD的激光器溫度控制系統(tǒng)，包括溫度測量子系統(tǒng)、溫度控制子系統(tǒng)、溫度控制執(zhí)行器子系統(tǒng)、溫度反饋子系統(tǒng)、溫度顯示子系統(tǒng)，其中溫度測量子系統(tǒng)通過NTC間接獲得激光器溫度，將其轉(zhuǎn)換為電信號并與設(shè)定值進(jìn)行比較，輸入至溫度控制子系統(tǒng)；溫度控制子系統(tǒng)采用智能控制算法對溫度進(jìn)行控制；溫度控制執(zhí)行器子系統(tǒng)將溫度控制信號進(jìn)行功率放大，驅(qū)動執(zhí)行器TEC工作，對激光器熱沉進(jìn)行加熱或制冷；溫度反饋子系統(tǒng)將集成于激光器內(nèi)部的PD(光電二極管)輸出光電流轉(zhuǎn)換為電壓信號反饋回輸入端；溫度顯示子系統(tǒng)實現(xiàn)對激光器溫度的顯示。本發(fā)明在不增加額外設(shè)備的基礎(chǔ)上，提高激光器的溫度控制精度，可用于高精度激光器溫度的控制。
【專利說明】一種基于PD的激光器溫度控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于H) (Photodiode光電二極管）的激光器溫度控制系統(tǒng)，適用 于內(nèi)部集成有光電二極管的半導(dǎo)體激光器的高精度溫度控制。

【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體激光器在國防、科研、通信、加工等領(lǐng)域有著廣泛飛應(yīng)用，特別是在科研與 通信領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器輸出頻率與功率的穩(wěn)定性直接影響系統(tǒng)性能。半導(dǎo)體激光器輸出 頻率與光功對溫度有較強(qiáng)的依賴性，因此應(yīng)對半導(dǎo)體激光器溫度進(jìn)行高精度控制。
[0003] 半導(dǎo)體激光器溫度控制系統(tǒng)一般采用熱敏電阻、熱電偶、熱電阻、集成溫度傳感器 作為溫度傳感器，采用PID算法或更為復(fù)雜的控制算法對溫度進(jìn)行控制，以半導(dǎo)體制冷芯 片作為執(zhí)行器，通過改變流過半導(dǎo)體制冷芯片的電流的大小與方向，實現(xiàn)對激光器溫度的 控制。但目前的溫度控制系統(tǒng)中，溫度傳感器測量的均是與激光器發(fā)光芯片相接觸的熱沉 的溫度，由于熱量在傳導(dǎo)的過程中所出現(xiàn)的損耗，使溫度傳感器檢測到的溫度與激光器實 際溫度有一定的偏差，難以實現(xiàn)溫度控制精度的進(jìn)一步提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有激光器溫度控制系統(tǒng)的不足，提供一種高精 度的激光器溫度控制，且穩(wěn)定可靠。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種基于ro的激光器溫度控制系統(tǒng)，由溫度測量子 系統(tǒng)、溫度控制子系統(tǒng)、溫度控制執(zhí)行器子系統(tǒng)、溫度反饋子系統(tǒng)、溫度顯示子系統(tǒng)組成，其 中溫度測量子系統(tǒng)通過兩個參數(shù)相同的NTC測量與激光器發(fā)光芯片接觸的熱沉的溫度，當(dāng) NTC輸出相同時表明系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，由此間接獲得激光器的溫度，將其轉(zhuǎn)換為電信號并與 設(shè)定值進(jìn)行比較，輸入至溫度控制子系統(tǒng)；溫度控制子系統(tǒng)采用智能控制算法對激光器溫 度進(jìn)行控制，將調(diào)節(jié)后的信號輸入至溫度控制執(zhí)行器子系統(tǒng)；溫度控制執(zhí)行器子系統(tǒng)將溫 度控制信號進(jìn)行功率放大，驅(qū)動執(zhí)行器TEC (Semiconductor Cooler半導(dǎo)體制冷芯片）工 作，對激光器熱沉進(jìn)行加熱或制冷；溫度反饋子系統(tǒng)將集成于激光器內(nèi)部的ro輸出的電流 信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，反饋回輸入端，以實現(xiàn)對激光器溫度的反饋控制；溫度顯示子系統(tǒng)實 現(xiàn)對激光器設(shè)定溫度與實時溫度的顯示。其中溫度測量子系統(tǒng)通過兩個參數(shù)完全相同NTC 測量與激光器發(fā)光芯片相接觸的熱沉的溫度，當(dāng)兩個NTC阻值相同時，可視為系統(tǒng)溫度已 分布均勻，此時NTC測量所得溫度最接近激光器發(fā)光芯片的溫度，通過恒流源電路將NTC電 阻值轉(zhuǎn)換為電壓信號，輸入至溫度控制子系統(tǒng)；溫度控制子系統(tǒng)采用智能控制算法對激光 器溫度進(jìn)行控制，通過觀測器估計環(huán)境溫度變化對系統(tǒng)的影響，采用DSP構(gòu)成數(shù)字PID，實 現(xiàn)對激光器溫度長期穩(wěn)定、高精度的控制；溫度執(zhí)行器子系統(tǒng)以半導(dǎo)體制冷芯片為執(zhí)行器， 將溫度控制子系統(tǒng)輸出的信號進(jìn)行放大，通過改變流過半導(dǎo)體制冷芯片電流的大小與方 向，從而實現(xiàn)對與激光器相接觸的熱沉的加熱或制冷，從而可對激光器的溫度進(jìn)行控制；溫 度反饋子系統(tǒng)通過集成于激光器內(nèi)部的ro實現(xiàn)對激光器溫度控制的反饋，將隨激光器溫 度而變化的ro的電流信號，轉(zhuǎn)換為電壓信號，反饋回溫度控制子系統(tǒng)；溫度顯示子系統(tǒng)用 于對激光器溫度進(jìn)行顯示。

【權(quán)利要求】
1. 一種基于ro的激光器溫度控制系統(tǒng)，其特征在于：主要包括溫度測量子系統(tǒng)（1)、溫 度控制子系統(tǒng)（2)、溫度控制執(zhí)行器子系統(tǒng)（3)、溫度反饋子系統(tǒng)（4)、溫度顯示子系統(tǒng)（5)， 其中溫度測量子系統(tǒng)（1)通過兩個參數(shù)相同的NTC測量與激光器發(fā)光芯片接觸的熱沉的溫 度，當(dāng)NTC輸出相同時表明系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，由此間接獲得激光器的溫度，將其轉(zhuǎn)換為電信 號并與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，輸入至溫度控制子系統(tǒng)（2);溫度控制子系統(tǒng)（2)采用智能控制 算法對激光器溫度進(jìn)行控制，將進(jìn)行控制后的信號輸入至溫度控制執(zhí)行器子系統(tǒng)（3);溫 度控制執(zhí)行器子系統(tǒng)（3)將溫度控制信號進(jìn)行功率放大，驅(qū)動執(zhí)行器TEC工作，對激光器熱 沉進(jìn)行加熱或制冷；溫度反饋子系統(tǒng)（4)將集成于激光器內(nèi)部的ro輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為 電壓信號，反饋回輸入端，以實現(xiàn)對激光器溫度的反饋控制；溫度顯示子系統(tǒng)（5)與激光器 相連，通過集成溫度傳感器測量與激光器發(fā)光芯片接觸的熱沉溫度實現(xiàn)對激光器實時溫 度的顯示。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ro的激光器溫度控制系統(tǒng)，其特征在于：所述的溫 度反饋子系統(tǒng)（4)通過激光器溫度與光功率的關(guān)系對激光器溫度進(jìn)行反饋控制，激光器輸 出光功率p與外微分量子效率n d、閾值電流ith存在以下函數(shù)關(guān)系：
其中，h為普朗克常數(shù)，u為頻率，e為單位電荷量，I為注入電流；
為常數(shù)，外微分 量子效率隨溫度升高而降低，閾值電流隨溫度升高而升高，因此激光器功率隨溫度升高而 下降，即功率與溫度T存在以下關(guān)系： P 1/T 因此，所述的溫度反饋子系統(tǒng)（4)通過集成于激光器內(nèi)部的光電二極管輸出電流與功 率的正比關(guān)系，可得出激光器溫度與光電二極管輸出電流具有反比關(guān)系，從而引入電流反 饋對激光器溫度進(jìn)行控制。
【文檔編號】H01S5/024GK104298278SQ201410584420
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】全偉, 陳熙, 房建成, 劉峰, 李光慧 申請人:北京航空航天大學(xué)