一種基于pd的激光器溫度控制系統的制作方法
【專利摘要】一種基于PD的激光器溫度控制系統，包括溫度測量子系統、溫度控制子系統、溫度控制執行器子系統、溫度反饋子系統、溫度顯示子系統，其中溫度測量子系統通過NTC間接獲得激光器溫度，將其轉換為電信號并與設定值進行比較，輸入至溫度控制子系統；溫度控制子系統采用智能控制算法對溫度進行控制；溫度控制執行器子系統將溫度控制信號進行功率放大，驅動執行器TEC工作，對激光器熱沉進行加熱或制冷；溫度反饋子系統將集成于激光器內部的PD(光電二極管)輸出光電流轉換為電壓信號反饋回輸入端；溫度顯示子系統實現對激光器溫度的顯示。本發明在不增加額外設備的基礎上，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
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于H) (Photodiode光電二極管）的激光器溫度控制系統，適用 于內部集成有光電二極管的半導體激光器的高精度溫度控制。
【背景技術】
[0002] 半導體激光器在國防、科研、通信、加工等領域有著廣泛飛應用，特別是在科研與 通信領域，半導體激光器輸出頻率與功率的穩定性直接影響系統性能。半導體激光器輸出 頻率與光功對溫度有較強的依賴性，因此應對半導體激光器溫度進行高精度控制。
[0003] 半導體激光器溫度控制系統一般采用熱敏電阻、熱電偶、熱電阻、集成溫度傳感器 作為溫度傳感器，采用PID算法或更為復雜的控制算法對溫度進行控制，以半導體制冷芯 片作為執行器，通過改變流過半導體制冷芯片的電流的大小與方向，實現對激光器溫度的 控制。但目前的溫度控制系統中，溫度傳感器測量的均是與激光器發光芯片相接觸的熱沉 的溫度，由于熱量在傳導的過程中所出現的損耗，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，難以實現溫度控制精度的進一步提高。
【發明內容】
[0004] 本發明的技術解決問題是：克服現有激光器溫度控制系統的不足，提供一種高精 度的激光器溫度控制，且穩定可靠。
[0005] 本發明的技術解決方案是：一種基于ro的激光器溫度控制系統，由溫度測量子 系統、溫度控制子系統、溫度控制執行器子系統、溫度反饋子系統、溫度顯示子系統組成，其 中溫度測量子系統通過兩個參數相同的NTC測量與激光器發光芯片接觸的熱沉的溫度，當 NTC輸出相同時表明系統達到熱平衡，由此間接獲得激光器的溫度，將其轉換為電信號并與 設定值進行比較，輸入至溫度控制子系統；溫度控制子系統采用智能控制算法對激光器溫 度進行控制，將調節后的信號輸入至溫度控制執行器子系統；溫度控制執行器子系統將溫 度控制信號進行功率放大，驅動執行器TEC (Semiconductor Cooler半導體制冷芯片）工 作，對激光器熱沉進行加熱或制冷；溫度反饋子系統將集成于激光器內部的ro輸出的電流 信號轉換為電壓信號，反饋回輸入端，以實現對激光器溫度的反饋控制；溫度顯示子系統實 現對激光器設定溫度與實時溫度的顯示。其中溫度測量子系統通過兩個參數完全相同NTC 測量與激光器發光芯片相接觸的熱沉的溫度，當兩個NTC阻值相同時，可視為系統溫度已 分布均勻，此時NTC測量所得溫度最接近激光器發光芯片的溫度，通過恒流源電路將NTC電 阻值轉換為電壓信號，輸入至溫度控制子系統；溫度控制子系統采用智能控制算法對激光 器溫度進行控制，通過觀測器估計環境溫度變化對系統的影響，采用DSP構成數字PID，實 現對激光器溫度長期穩定、高精度的控制；溫度執行器子系統以半導體制冷芯片為執行器， 將溫度控制子系統輸出的信號進行放大，通過改變流過半導體制冷芯片電流的大小與方 向，從而實現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行控制；溫 度反饋子系統通過集成于激光器內部的ro實現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，轉換為電壓信號，反饋回溫度控制子系統；溫度顯示子系統用 于對激光器溫度進行顯示。
【權利要求】
1. 一種基于ro的激光器溫度控制系統，其特征在于：主要包括溫度測量子系統（1)、溫 度控制子系統（2)、溫度控制執行器子系統（3)、溫度反饋子系統（4)、溫度顯示子系統（5)， 其中溫度測量子系統（1)通過兩個參數相同的NTC測量與激光器發光芯片接觸的熱沉的溫 度，當NTC輸出相同時表明系統達到熱平衡，由此間接獲得激光器的溫度，將其轉換為電信 號并與設定溫度進行比較，輸入至溫度控制子系統（2);溫度控制子系統（2)采用智能控制 算法對激光器溫度進行控制，將進行控制后的信號輸入至溫度控制執行器子系統（3);溫 度控制執行器子系統（3)將溫度控制信號進行功率放大，驅動執行器TEC工作，對激光器熱 沉進行加熱或制冷；溫度反饋子系統（4)將集成于激光器內部的ro輸出的電流信號轉換為 電壓信號，反饋回輸入端，以實現對激光器溫度的反饋控制；溫度顯示子系統（5)與激光器 相連，通過集成溫度傳感器測量與激光器發光芯片接觸的熱沉溫度實現對激光器實時溫 度的顯示。
2. 根據權利要求1所述的一種基于ro的激光器溫度控制系統，其特征在于：所述的溫 度反饋子系統（4)通過激光器溫度與光功率的關系對激光器溫度進行反饋控制，激光器輸 出光功率p與外微分量子效率n d、閾值電流ith存在以下函數關系：
其中，h為普朗克常數，u為頻率，e為單位電荷量，I為注入電流；
為常數，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存在以下關系： P 1/T 因此，所述的溫度反饋子系統（4)通過集成于激光器內部的光電二極管輸出電流與功 率的正比關系，可得出激光器溫度與光電二極管輸出電流具有反比關系，從而引入電流反 饋對激光器溫度進行控制。
【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 優先權日:2014年10月27日
【發明者】全偉, 陳熙, 房建成, 劉峰, 李光慧 申請人:北京航空航天大學