多通道半导体激光器温控系统

研制了一种板级多通道半导体激光器温控系统,将其应用于混合气体检测中可实现同时对多个半导体激光器温度的控制.该系统硬件上由多通道温度采集模块、数字信号处理器模块、半导体制冷器(TEC)和TEC控制模块组成.软件上采用时间片轮转调度算法和积分分离式数字比例积分微分算法,实现了对多个半导体激光器温度的实时、精确控制.为了测试系统的性能,利用该系统同时控制中心波长为1.65μm和1.56μm的可调谐分布反馈激光器的温度,进行了温度控制实验并测试了两个激光器的发光光谱.实验结果表明,该系统可以实现对两个激光器温度的同时控制,温控精度为-0.011~0.015℃,响应时间小于3s.对温控系统的工作稳定性进行了测试,两个激光器连续工作6h,其工作温度保持恒定.连续10h测试两个激光器的输出光谱,输出波长的峰值未出现偏移.该温控系统体积小、成本低、便于集成且稳定可靠,在混合气体检测中有良好的应用前景.     

用于气体检测的近红外半导体激光器温控系统

为了降低软件设计复杂度并提高分布反馈激光器发光波长的控制准确度及稳定性,设计了一种用于气体检测的半导体激光器温度控制系统,它由数字信号处理器、温度设定电路、温度采集电路、模拟比例-积分-微分电路、半导体制冷器控制电路等模块构成.利用该系统对用于水汽检测、中心波长为1 860nm的可调谐分布反馈激光器做了驱动实验,结果表明:该系统的有效控温范围为10℃~50℃,控温准确度为±0.05℃,温度稳定时间小于60s;改变温控系统的驱动电流和设定温度,测得的激光器工作波长呈现出良好的调谐特性;连续4天测得的4条光谱曲线几乎重合,表明该系统具有良好的稳定性.     

热电冷却半导体激光器的温控策略研究

本文以半导体激光器为研究对象,利用Simulink建立了基于热电制冷的半导体激光器温度控制仿真模型,对比不同工作状态下PID控制策略和模糊控制策略温度控制效果,结果表明两种控制策略都能满足半导体激光器温度控制和及时启停要求,其中PID控制算法精度可达到0.01℃。采用PLC温控器设计了两种温控系统的试验台,温控精度达到±2℃,实验发现两种温控策略有各自优势,应根据半导体激光器实际工作状态选择合适的温控策略。     

应用ADN8831的980nm泵浦激光二极管温度控制器

应用ADN8831芯片制作了980nm泵浦激光二极管的温度控制器。利用该芯片驱动半导体制冷器对激光二极管进行温度调节。实验证明,该驱动电路可将半导体激光器的工作温度控制在0.1°C的范围内。将该温度控制器成功应用于可调谐光纤激光器的驱动中,获得满意的温控效果。     

用于LD泵浦NPRO单频激光器的精密温控系统

根据高稳定性半导体激光(LD)泵浦单块非平面环形腔(NPRO)单频激光器对于功率稳定性和频率稳定性的要求,设计并研制了一套高精度的精密温控系统。该系统基于模拟比例-积分-微分(PID)控制原理,采用程控调节P和PI的方式,通过对半导体制冷器(TEC)的驱动控制,实现在-10⁺70℃范围内对LD和NPRO单块晶体温度的精确控制,控温精度达±0.01℃。采用该温控系统的LD泵浦1645nm NPRO单频激光器,30min内相对波长稳定性达8.32×10-7。     

激光系统中半导体激光器温度稳定系统研究与设计

激光器系统中半导体激光器的功率输出稳定度和工作温度有很大的关系,为了使大功率半导体激光器输出功率稳定,需要对激光器实现高精度、快速温度控制。针对现有的激光系统中激光器温度控制系统存在控制精度不够高、控制速度慢等问题,设计了一种温度稳定系统,采用PT-100热电偶测量激光器温度,并使用最小二乘法对温度数据进行拟合,使得温度测量精度达到0.01 ℃;使用改进粒子群算法优化(PSO)的PID控制器实现温度控制。仿真实验和实际测试表明,所设计的温度稳定系统能够很好地控制激光器温度,达到目标温度所需的调节时间小于11 s,达到稳态后温度波动在±0.02 ℃内。与传统的温度控制方式相比,所设计的系统能够实现参数自整定并自动调节温度,对大功率激光系统中激光器温度具有良好稳定效果。     

分布式反馈激光器模拟控温检测系统研制

温度对分布式反馈(DFB)激光器的性能指标和工作寿命有着重要影响。针对宽温度范围下的激光器应用,分析了激光器温控系统的研究现状及趋势,给出了温控系统的设计原理,采用线性驱动与PID闭环控制方法,应用模拟器件,研制了一种DFB激光器的模拟控温检测系统,并利用该系统对1550 nm的DFB激光器进行了试验验证。结果表明,系统在?55 ℃～70 ℃的全温度范围下,保持长时间工作（≥2 h）,激光器的工作状态稳定,中心波长未出现漂移。系统的温度控制精度随着工作环境温度的范围不同而有所差异,在室温环境下可达到±0.02 ℃,在全温范围内控制精度在±0.8 ℃以内,跟踪误差小于±0.5 dB。与传统的激光器温控系统相比,本系统工作温度范围宽、控制精度高,且体积小、成本低、简单可靠,对于温度环境要求较为严苛的DFB激光器应用场景,具有重要的工程实践意义。     

980 nm半导体激光器温度控制方案设计

980 nm半导体激光器作为掺铒光纤放大器的最佳泵浦源,其温度会影响激光器功率稳定性和放大器输出光谱漂移。提出将现场可编程门阵列（FPGA）作为核心控制元件,以半导体制冷器为执行元件、热敏电阻为温度传感器,利用FPGA自动切换内部状态机、控制流入半导体制冷器电流的方向和大小,实现980 nm半导体激光器内部的温度控制,并通过搭建基于FPGA的掺铒光纤放大器系统实验装置,验证所提方法的可行性。实验结果表明：所提出的温度控制方法能有效地实现980 nm半导体激光器的温度控制,使其功率-电流曲线的线性拟合度提高了23.07%,掺铒光纤放大器的输出光谱波长偏移减小了62.5%,保证了激光器输出功率及放大器输出波长的稳定性。该方法的结构简单且实时性高,对推进半导体激光器温度控制的发展及应用具有非常重要的意义。     

基于单片机的激光发生器的驱动电路设计

为了更有效地控制和调节激光器的温度与功率,设计了一种基于STC11F08XE单片机控制的具有温控和功率控制功能的激光发生器驱动电路。通过使用ADN8830芯片的温度控制功能和ADN2830芯片的功率控制功能实现激光器的温度控制,同时能够手动改变激光器的输出功率。实验结果表明,该系统温度控制模块能够稳定控制激光器温度,使目标温度误差低于0.01 ℃,波长可以在1 535.17 nm~1 563.24 nm之间变动。功率控制模块可实现手动控制,激光器功率在0~10 dBm间变化,误差在0~0.05 mW之间。     

基于FPGA的半导体激光器温度控制系统设计

介绍了半导体激光器的温度控制原理,设计了基于FPGA的半导体激光器温度控制系统。系统采用数字温度传感器DS18820作为温度测量器件,TEC作为控温执行元件,并采用模糊控制算法、PWM机制来控制TEC的驱动电流从而实现温控。基于QuartusⅡ开发平台采用Verilog HDL设计了软件部分,最后进行了功能仿真。整个系统对硬件要求不高,实现简单。从仿真结果可以看出,控制系统能够满足半导体激光器温度控制的精度和稳定度的要求。     

天基望远镜探测器组件热电制冷系统设计与试验

天基空间望远镜探测器必须采用主动制冷方式以满足其噪声抑制需求.为此,采用热电制冷为核心技术,开展了探测器热电制冷器封装设计、热电制冷器热排散系统设计、热电制冷控制系统设计,并从抑制寄生漏热、降低热电制冷器热排散路径热阻两方面进行了优化,以减小热电制冷器输入功率及辐射散热面积.根据帕尔帖效应、焦耳效应、傅里叶效应,获得了净制冷量、热端散热热阻、热端边界温度等环境特性参数与热电制冷器输入电流、电压、功率等工作特性参数间的关系,并分析了制冷热负荷、热端散热热阻与热电制冷器输入功率间的敏感度.研制了望远镜鉴定产品,并开展了真空热平衡试验.试验结果表明系统设计合理有效,能够将探测器制冷至-75℃温度水平,稳定度可达到±0.2℃.基于环境条件及热电制冷器工作参数等试验数据,对比并修正了热分析模型.研究结果可为类似空间望远镜热电制冷系统的研制提供参考和借鉴.     

基于单片机的LD控制系统的设计

为了实现激光器稳定、可靠和准确的功率输出,介绍一种基于单片机实现半导体激光器功率高稳定的控制系统。该系统以MSP430单片机为核心,根据半导体激光器的工作原理,设计了受控恒流源、温度控制系统和光功率反馈系统等部分。此外,系统还具有激光功率的实时控制、显示和设置以及软开关和软保护等功能。功率稳定采用光功率反馈法,温度控制采用高精度PWM驱动的半导体制冷器。光功率稳定度优于0.25%。     

大功率半导体激光器温度控制技术研究

介绍了半导体激光器温度控制器的结构组成,给出了控制流过TEC电流幅度、方向和最大值的方法,利用PID实现精确温度控制。实验结果表明,控制的温度范围可达-15～＋60℃,温度稳定性为0．02℃。     

半导体激光器温度控制的研究

本文研究了半导体激光器的温度特性；提出了半导体激光器的高精度温度控制方法和保证温度信号检测、传输精度的方法；研制了半导体致冷的半导体激光器温度控制系统．     

光谱稳定性对直接探测多普勒测风激光雷达的影响研究

从种子注入固体激光器的不稳定和多普勒频移检测干涉仪的光谱漂移出发,模拟和分析其对基于双边缘探测技术的直接探测多普勒激光雷达风速测量准确度的影响. 模拟结果显示,在5 min积分时间的30 000个脉冲内,如果达到风速准确度1 m/s,要求激光器出现多纵模的脉冲不能超过总脉冲个数的0.06％.在干涉仪光谱稳定方面,使用两级温控可以将干涉仪温度控制在±0.002℃,对应风速误差为±0.226 m/s.同时提出通过监视种子注入过程中的脉冲建立时间和干涉仪温度,可以在数据反演时,消除激光频率跳动和干涉仪光谱漂移对风速测量准确度的影响.     

基于TDLAS技术的全量程激光甲烷传感器

根据煤矿安全生产监控系统对测量甲烷浓度全量程高准确度的需要,基于可调谐半导体激光吸收光谱技术,设计了一种全量程一体化激光甲烷传感器.采用1 653.72nm分布式反馈半导体激光器作为系统光源,单板电路实现激光器驱动、温度控制、信号调制与解调、浓度反演.为兼顾高测量准确度和大动态测量范围,系统在低浓度时利用波长调制技术进行甲烷浓度在线检测;当气体浓度大于阈值时,自动切换到直接吸收检测技术.实验结果表明,该传感器在浓度范围为0~5%内误差小于±0.06%,在浓度范围为5~100%内误差小于真值的±6%,响应时间约为15s,满足矿井实际测量需要.     

室温连续中红外量子级联激光器驱动电源的研制

为了满足中红外波长调制光谱技术中室温连续中红外量子级联激光器的驱动要求,设计并研制了一种量子级联激光器驱动电源系统.首先,设计了直接数字合成模块来产生直流、锯齿波和正弦波的叠加驱动信号以调谐激光器的电流,进而调制其输出波长;其次,设计了高速(约40ns)过流保护电路,配合电压深度负反馈原理,保证激光器工作的可靠性,提高激光器电流的稳定度;再次,将比例-积分-微分软件算法与温度模拟控制电路相结合,在简化电路结构的同时,有效地控制和稳定激光器的温度,防止因温度变化造成激光器输出波长的漂移和发光功率的波动.利用该驱动电源系统对中科院半导体所研制的中心波长为4.76μm的量子级联激光器做驱动测试,结果表明:驱动电源系统电流调节的线性度为0.0068%,驱动电源的长期(240h)电流稳定度为4.99×10-5,量子级联激光器的光强稳定度为5.07×10-4,控温稳定性为0.01℃,温度稳定时间为17s;当量子级联激光器的驱动电流为330mA,温度为21℃时,在240h内峰值波长的漂移为±0.02nm.     

激光二极管阵列泵浦固体激光器热设计研究

对激光二极管阵列（LaserDiodeArray,LDA）泵浦固体激光器热设计进行了研究。通过采用计算热阻的方法,根据LDA的发热功率选择热电制冷器（ThermaolElectronicConrtoller,TEC）和相应的散热器,采用强迫风冷的方式对重复频率为25Hz,输出单脉冲能量为80mJ的LDA泵浦固体激光器进行了精确的温度控制。试验结果表明,在-40℃～55℃环境温度范围内,激光器性能稳定,满足技术指标要求。     

高稳定输出功率的全固态激光器

介绍了一种高稳定性输出功率的连续LD抽运Nd∶YVO₄全固态532 nm激光器,输出功率为144 mW,采用LD抽运Nd∶YVO₄晶体,KTP晶体腔内倍频方式工作。该激光器采用热电制冷器(TEC)实现对LD、KTP晶体的高精度温控,其温控精度达到±0.1 ℃。建立了LD电流与输出功率的非线性曲线,通过硅光电池检测激光输出功率实现激光功率实时光反馈,采用阈值式PI控制算法进一步降低稳态误差,通过对抽运驱动电流实施反馈控制获得了波动小于±1%的长时间高稳定功率输出。     

热电材料研究新进展

<正>基于半导体材料的塞贝克效应或帕尔贴效应可实现热能与电能直接相互转换,包括热电制冷和热电发电两种应用形式。热电制冷器件具有结构紧凑、无噪声、无磨损、无泄漏等特点,已广泛应用于局部冷却或温度控制;热电发电器件可为无人区信号发射装置、深空探测器、植入式医疗器械等提供电源,更重要的是可以作为一种实现余热能量回收、降低能源消耗的新型发