【正文】 畢業(yè)設計 (論文 ) 題目： 半導體激光器溫控系統(tǒng)的 硬件 設計 系 別： 光電信息系 專 業(yè) ： 光電信息工程 班 級 ： B100104 2021 年 5 月 7 日 畢業(yè)設計（論文）任務書 （論文）題目： 半導體激光器溫控系統(tǒng)的 硬件 設計 ： 信息技術正在深刻的影響著國民經(jīng)濟和國防建設的各個領域。半導體激光器由于轉換效率高、體積小、重量輕、易于調(diào)制和具有很強的集成能力等優(yōu)點，使其在光譜、相干通信、激光雷達、醫(yī)療等領域得到廣泛的應用。但是，半導體激光器本身存在著問題，在半導體激光器中微小的電流和溫度變化將導致半導體激光器輸出功率的波動。因而，半導體激光器的穩(wěn)恒控制的意義非常重要。穩(wěn)恒控制主要包括恒電流控制、恒溫控制以及恒 功率控制。恒溫控制是穩(wěn)恒控制中很重要的一個環(huán)節(jié)。例如，在密集波分復用（ DWDM）系統(tǒng)中，激光束的波長會隨著溫度變化而變化。所以，只有保持一個精確穩(wěn)定的激光器溫度，才能無串擾地分辨出每一個波長的激光信號。雖然半導體激光器是高效率的電子、光子轉換器件，但是由于存在各種非輻射、自由載流子吸收等損耗機制，其外微分量子效率只能達到 20％～ 30％。相當部分注入的電功率將轉化為熱量，引起激光器溫度升高。許多激光二極管參數(shù)，包括波長、閾值電流、輸出功率和壽命等，都與溫度相關。所以，工作溫度對于激光二極管十分重要，必須給激 光二極管提供恒定而且能夠精密調(diào)整的工作溫度。在激光二極管泵浦固體激光器中，為實現(xiàn)對激光晶體的譜線耦合，必須調(diào)整激光二極管的輸出波長使其與激光晶體的吸收峰值相匹配。激光二極管的輸出波長主要由其摻雜濃度、工作電流和工作溫度決定。由于有源層材料的禁帶寬度隨著溫度升高而變窄，使波長向長波方向移動，移動量與器件的結構和有源區(qū)材料有關，約為 ～ ℃ ；在電流恒定的情況下，溫度每升高 1℃ ，激光波長將增加大約 ～ 。因此需要將溫度控制在激光器適合的溫度下，且使溫度起伏小于 ℃ ，這樣才能使激光器輸出穩(wěn)定的波長。因此，可以用適當?shù)臏囟瓤刂苼砦⒄{(diào)激光的峰值波長，以滿足對波長有嚴格要求的一些應用。 (論文 )的主要內(nèi)容（理工科含技術指標）： 半導體激光器的工作溫度范圍： 10℃ ～ 40℃ ； 最佳工作溫度： 25℃ ；控制精度為： ℃ ；系統(tǒng)建立時間： 360 秒左右； 超調(diào)量： 10%； 時間： 360 秒左右； 超調(diào)量： 10%； 目標：設計一個以單片機為核心部件，以半導體制冷器為控溫元件，以溫度傳感器為測溫元件的溫度控制系統(tǒng) ,結合數(shù)字 PID 控制技術 ,對半導體激光器進行溫度控制。 （含起始時間、設計地點）： （ 1）畢業(yè)設計的態(tài)度端正、認真，目的明確； （ 2）按照《西安工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文）撰寫規(guī)范》撰寫論文； （ 3）論文的字數(shù)要求 15000 字以上； （ 4）參考文獻 15 篇以上 （ 5）按照任務書的要求，進度要求完成相應的工作； （ 6）按照老師所指定的時間向老師匯報所做的工作情況。 （ 7）不懂的問題應及時咨詢老師 設計的進度安排： 第一周：明確畢業(yè)設計題目的任務、要求、及目 的， 第二周～第三周：查閱相關文獻，總體方案設計； 第四周～第五周：完成電路圖的設計； 第六周～第七周：用 Petrel 畫出電路圖； 第七周～第八周： 完成電路板的焊接； 第九周～第十一周：完成 PD 算法的設計； 第十二周～第十四周：完成單片機的 C 語言編程； 第十五周～第十六周：完成電路的最終調(diào)試，實現(xiàn) 1040℃范圍可調(diào)，精度達到 177。 ℃，超調(diào)量不大于 10%； 第十七周第十八周，寫出論文準備答辯 （論文）的工作量要求 : ① 實驗（時數(shù)）或實習（天數(shù)）： ② 圖紙（幅面和張數(shù)）： ③ 其他要求： 指導教師簽名： 年 月 日 學 生 簽名： 年 月 日 系主任審批： 年 月 日 說明： 1） 本表一式二份， 一份由學生裝訂入冊，一份教師自留。 2） 帶 *項可根據(jù)學科特點選填 。 3)字體：五號，宋體。 I 半導體激光器溫控系統(tǒng)的 硬件 設計 摘 要 半導體激光器 （ LD） 由于轉換效率高、體積小、重量輕、易于調(diào)制和具有很強的集成能力等優(yōu)點，使其在光譜、相干通信、激光雷達、醫(yī)療等領域得到廣泛的應用。 但是半導體激光器， 溫度變化將導致半導體激光器輸出功率的波動 。 許多激光 器 參數(shù)，包括波長、閾值電 流、輸出功率和壽命等，都與溫度相關。所以，工作溫度對于激光 器 十分重要，必須給激光二極管提供恒定而且能夠精密調(diào)整的工作溫度。 本課設計題通過 以單片機為核心部件，以半導體制冷器為控溫元件，以溫度傳感器（ ds18b20）為測溫元件的溫度控制系統(tǒng) ,結合數(shù)字 PID控制技術 ,對半導體激光器進行溫度控制。通過設計 半導體激光器的工作溫度范圍 控制在 10℃ ～ 40℃ ； 最佳工作溫度 為 25℃ ；控制精度為 ℃ ；系統(tǒng)建立時間 360秒左右； 超調(diào)量：小于 10%。最終有效的控制半導體激光器的溫度。 關鍵詞：半導體激光器；單片機；溫度傳感器（ ds18b20） II The hardware design of the semiconductor laser temperature control system Abstract Semiconductor laser (LD) due to the high conversion efficiency, small size, lightweight, ease of modulation and a strong integration capabilities, etc., so that in the spectrum, coherent munications, laser radar, medical and other fields has been widely used. Of semiconductor lasers, fluctuations in temperature will cause the output power of the semiconductor laser. Many laser parameters, including wavelength, the threshold current, power output and lifetime are related to temperature. Therefore, the operating temperature is very important for the laser, but you must provide a constant temperature can be precisely adjusted to the laser diode. This lesson design problem through to microcontroller core ponents to semiconductor refrigeration ponents for the temperature to the temperature sensor (ds18b20) for the temperature element temperature control system, bined with digital PID control technology for semiconductor lasers for temperature control. Through the design of semiconductor lasers operating temperature range control at 10 ℃ ~ 40 ℃ 。 optimum operating temperature is 25 ℃ 。 controlling accuracy of ℃ 。 system build time of 360 seconds or so。 overshoot: less than 10%. Effective control of the final temperature of the semiconductor laser. Key words: Semiconductor