【正文】 已經(jīng)取得了較好的成果，而國內(nèi)的研發(fā)與其相比還存在差距，特別在小型精密溫控器方面。促使我們?yōu)檎n題的發(fā)展奠定了方向。對半導體來說，由于電子是在各能帶之間進行躍遷，而不是在分立的能級之間躍遷，所以躍遷能量不是個確定值，這使得半導體激光器的輸出波長展布在一個很寬的范圍上。溫度的升高會使激光器的閾值電流增加、發(fā)射波長紅移、造成模式的不穩(wěn)定、增加內(nèi)部缺陷、嚴重地影響器件的壽命，給應用帶來很大困難。 f稱為占空比。正常工作時，中大功率激光二極管的熱耗很大，約占總功耗的50%～75%。半導體的特性對溫度是很靈敏的，溫度的變化對半導體激光器的閾值產(chǎn)生明顯的影響。通過很好的材料生長工藝和器件結(jié)構(gòu)設計可以減少界面態(tài)、表面態(tài)的影響，而俄歇復合和熱載流子漏泄則成為主要影響因素?；谏鲜鰧Φ闹饕绊懸蛩?，GaALAs/GaAs和InGaAsP/Inp半導體激光器的一般只能分別達到80～120K和65K左右。簡明扼要的簡述了半導體激光器的工作原理，詳細了講述了半導體激光器溫度對其特性的影響，主要講述了溫度對波長、閾值電流、縱模普及激光器線寬的影響，為后面的設計奠定了一個理論基礎。對制冷器的選擇需考慮熱負載的熱容量(等于物體質(zhì)量與比熱之積)。開環(huán)控制系統(tǒng)在溫度控制中應用比較廣泛，特別應用在控溫精度要求不高，控溫點不多的情況下，如生活中簡單的溫度報警器，熱水器等。在同一反饋控制系統(tǒng)中，數(shù)字控制的精度（尤為在穩(wěn)態(tài)的準確度）高于連續(xù)反饋控制。使用熱敏電阻測溫時，常采用橋式側(cè)量電路、熱敏電阻線性化等處理微小信號的方法，其缺點是使用傳統(tǒng)的不平衡電橋作為電阻溫度變送器(如銅熱敏電阻、鉑熱敏電阻等)，在側(cè)量電路中存在著橋嘴電阻和電橋輸出電振之間的作線性問題。基于這種思路，本文利用恒流源設計了熱敏電阻測量電路。經(jīng)過數(shù)字控制器處理調(diào)整，輸出的數(shù)字控制量直接進入系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，進而對被控對象LD進行加熱或制冷，使LD溫度值在系統(tǒng)所要求的控溫精度范圍內(nèi)，穩(wěn)定在設定的溫度點。比較而來的控制量經(jīng)驅(qū)動電路和控制電路來驅(qū)動TEC的工作。熱電阻溫度傳感器是利用導體或半導體的電阻率隨著溫度值變化而變化的原理制成的，實現(xiàn)了將溫度變化轉(zhuǎn)化為元件電阻的變化。本系統(tǒng)采用的是工業(yè)上常用的分度號為的Pt100，其中，100就是鉑在0℃時的電阻阻值為100Ω，即上式中=，在0℃~650℃范圍內(nèi)有非線性誤差，特別是在溫度越高時，非線性越厲害。（2） 激光裝配，保證了最初的精度和溫度系數(shù)，防止外在器件對其性能影響。　LCD12864點陣液晶顯示模塊（LCM）就是由128*64個液晶顯示點組成的一個128列*64行的陣列。512*8 bits RAM中某個存儲單元的地址由頁地址（Xpage,0~7）和列地址（Yaddress,0~63）確定。12864是一種圖形點陣液晶顯示器,它主要由行驅(qū)動器/列驅(qū)動器及12864全點陣液晶顯示器組成。 　　是致冷還是加熱，以及致冷、加熱的速率，由通過它的電流方向和大小來決定。實用的半導體制冷器是將很多熱電偶相串聯(lián)構(gòu)成熱電堆（或模塊）如下圖所示。影響半導體制冷效率的不利因素主要有：(1)焦耳效應(Joule Effect)，即當電流通過導體時，在導體表面產(chǎn)生的放熱現(xiàn)象，通常伴隨產(chǎn)生導體溫度的升高；(2)傅立葉效應(Fourier Eeffct)，即當物體內(nèi)存在溫度差時，熱量從高溫處向低溫處傳播的現(xiàn)象?；パa的輸出驅(qū)動一個MOS全橋開關(guān)電路，為TEC提供雙向電流。芯片還提供了一系列的保護、監(jiān)測功能：（1）TEC的電流用一個電流感應電阻取樣，若所得電壓大于以下3個電壓中最小的那個，則滿足限流條件，立即關(guān)斷所有外部MOSFET（2）LTC1923內(nèi)部有2個專用比較器用于監(jiān)測熱敏電阻上的電壓， VSET，則認為其開路或短路，/FAULT輸出低電平，用戶通過對/FAULT信號的辨別進行相應處理。ADUC831具有8路12位A/D采集通道，2路12位D/A輸出通道。 軟件綜述在本次編程中，我們使用了keil來進行ADUC831的程序編輯。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。在智能控制系統(tǒng)中，微控制器的工作可以認為是控制信息加工與轉(zhuǎn)換的過程。為達到本溫控系統(tǒng)的要求(LD溫度控制范圍20℃～30℃，℃)，我們采用了自動控制的方法，我們用高精度的TEC控制元件LTC1923來控制TEC的工作，達到上述精度。（2） 對內(nèi)外的溫度控制系統(tǒng)的產(chǎn)品進行了分析，了解國內(nèi)外半導體激光器溫度控制技術(shù)及產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀，研究了半導體激光器溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展方向（3） 課題采用恒流橋電路對激光器溫度測量系統(tǒng)進行了設計、改進與分析，詳細闡述了半導體激光器組件結(jié)構(gòu)設計、安裝以及TEC等元件的選擇依據(jù)，將溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號。設計中采用了集成ADC和DAC的單片機，減小了外部電路的誤差，提高了精度。(6) 作出更加穩(wěn)定的恒流源，給半導體激光器溫度測量電阻提供一個小的恒流源，這樣是半導體激光器的溫度控制系統(tǒng)的測溫部分不會因為測量的恒流源過大導致測量的溫度不準確，從而致使半導體激光器溫控系統(tǒng)受影響?！?】李建成，半導體激光器溫度控制系統(tǒng)的研究與設計[D]，北京化工大學2007（5）?！?0】KunHuang Chen,JingHeng Chen,ShenHua Lu,WeiYao Chang，ChiChang Wu, Absolute distance measurement by using modi?ed dualwavelength heterodyne Michelson interferometer[C]，Optics Communications 282 (2009) 1837–1840【11】Fabrizio Barone, Enrico Calloni,Aniello Grado,Rosario De Rosa, Luciano Di Fiore,Leopoldo Milano, and Guido Russo,High accuracy digital temperature control fo a laser diode[C], INFNSezione di Napol i and Departimento di Scienze Fisiche dell’ University degli studi di Napoli[C],1995(5).【12】陳相國，基于單片機的半導體激光器溫度控制系統(tǒng)[D]，天津大學2007（2）。感謝各位評審老師評閱我的學位論文。 void delay(void) //延時子程序 delay()。 delay()。 scl=0。 byte l_data=0。 if(sda==1) l_data++。 scl=0。i255。 E=1。 delay()。 Write_mand(0x30)。} /***********************主程序**************************/ main() { uint Tc,T,j。 //顯示單元初始化 delay()。 //寫入數(shù)據(jù)j delay ()。 // LCD初始化 Write_mand(0x80)。i13。 Write_mand(0x02)。 Write_mand(0x30)。delay()。P0=。void delay(){ unsigned char i,j。 scl=1。 delay()。return(flag)。 scl=1。 scl=1。 idate byte j,k。在此，謹向焦老師致以最誠摯的謝意和崇高的敬意！在本論文的研究和撰寫過程中，特別是教研室的程丹師姐、康峰師兄、鄭玲玲師姐等人提出了許多寶貴的意見和建議，在此向他們表示誠摯的感謝。【8】邢俊紅， 基于模糊 PID 控制理論的半導體激光器溫控系統(tǒng)的研究[D]，西安理工大學2006（3）。簡明扼要的講述了激光器設計過程中存在的問題和需要改進的地方，從大量的文獻和科研資料中了解到半導體激光器溫度控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，分析了本課題以后的研究方向。(4) 在通訊電路部分，數(shù)據(jù)的傳送可以采用無線傳物方式，這樣可以給用戶帶來更大的方便?？偨Y(jié)了以往這方面的研究，得出結(jié)論，進行了新的分析和設計，對半導體激光器溫度控制系統(tǒng)有了進一步的認識和了解。5．1總結(jié)本課題主要內(nèi)容就是研究如何對小功率半導體激光器進行高精度恒溫控制，從而使半導體激光器的激光波長和輸出功率進行穩(wěn)定，使其使用壽命盡可能延長。系統(tǒng)控制是根據(jù)檢測LD溫度的偏差、偏差變化趨勢、偏差變化速率等綜合因素決定控制的輸出變化。智能控制電路(數(shù)字電路)與傳統(tǒng)的模擬控制電路(模擬電路)本質(zhì)區(qū)別就是軟件的存在。下面詳細介紹Keil C51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 ADUC831硬件接線原理圖其中一路與PT100測溫電阻相連，一組與LTC1923相連，將測量的溫度送到LTC1923中，使1923能自動控制TEC來制冷/制熱，滿足LD的溫度在一個恒定的設定溫度上，同時將測量的溫度顯示到LCD12864上。他是把中應處理器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、輸入/輸出端口（I/O）等主要計算機功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。然而，高開關(guān)頻率會引入高頻噪聲，對電源造成污染，因此應采取抑制措施。誤差放大器的輸出與振蕩器產(chǎn)生的三角波的關(guān)系控制著PWM比較器輸出的占空比。、性系數(shù)與電流的關(guān)系半導體制冷器主要優(yōu)點有以下幾點：(l) 無需機械運動部件與制冷劑，無噪聲和振動，耐惡劣環(huán)境，通電后幾秒鐘可使冷端結(jié)霜，制冷迅速；(2) 可制作成重量輕(數(shù)克)、體積小(不到1c㎡)的微型、亞微型，結(jié)構(gòu)也可變成小型的半導體制冷器；(3) 制冷量可按mW級到kW級范圍變化設計產(chǎn)品，并可多級制冷，制冷深度達120℃。能滿足此要求的公司也不多，德國的Micropelt公司是一個代表。重摻雜的N型和P型的碲化鉍主要用作TEC的半導體材料，碲化鉍元件采用電串聯(lián)，并且是并行發(fā)熱。因此存儲單元地址包括頁地址（Xpage,0~7）和列地址（Yaddress,0~63）。左右半屏驅(qū)動電路及存儲器分別由片選信號CS1和CS2選擇。 圖 AD780外部電路接法顯示單元我們用一個整體接線來實現(xiàn)，這個接線由20引腳組成，直接與單片機相連，不需要其他的驅(qū)動元件，其中顯示元件用LCD12864液晶顯示屏。參數(shù)：輸出電壓： 精度：177。 PT100的溫度曲線鉑熱電阻具有測溫范圍大、穩(wěn)定性好、示值復現(xiàn)性高和耐氧化等特點，常被用來作為國際標準溫度計。 溫度傳感器的選擇溫度傳感器種類很多，常用的溫度傳感器有熱膨脹式傳感器，電阻式傳感器，熱電偶傳感器，集成溫度傳感器等。文中簡明扼要的分析了各種控制方案的利弊，總結(jié)了這些利弊，設計了本次課題的方案，為為下面的硬件選擇環(huán)節(jié)指明了方向?；谏鲜鲈?，我們采取微控制器和傳統(tǒng)的自動控制相結(jié)合的自動控制器作為系統(tǒng)控制器，建立如所示的閉環(huán)負反饋控溫系統(tǒng)。顯然，上式的分母項是產(chǎn)生非線性的根本原因，即當發(fā)生變化時，該側(cè)橋儲上的電流也相應的發(fā)生變化。 采樣系統(tǒng)的分析設計溫度測量己是很成熟的技術(shù)，溫度敏感元件既有傳統(tǒng)的熱電偶、熱敏電阻等溫度傳感器，又有現(xiàn)代的集成溫度傳感器、數(shù)字溫度傳感器，還有超高溫的光學溫度傳感器，其中，熱敏電阻和熱電偶是工業(yè)生產(chǎn)過程自動化最常用的兩種溫度傳感器，但熱敏電阻由于在側(cè)量的靈敏度、線性度等諸多方面均優(yōu)于熱電偶，因此，在中低溫側(cè)量中得到了更廣泛的應用。由于本課題被控對象LD的溫度控制范圍大，控溫精度高，課題采用了閉環(huán)負反饋溫控系統(tǒng)，控制方法上采取智能控制的方法，下面介紹本課題的溫控方案設計。一般采用槽形鋁，例如一個4cm4cm2cm的鋁散熱器能在10min內(nèi)散發(fā)10W的熱功率，而其本身只產(chǎn)生5℃的溫升。一般情況下，為保證激光器有長的工作壽命與穩(wěn)定性，應該使用半導體制冷器，通過控制其制冷電流來穩(wěn)定激光器的工作溫度(和輸出功率)。溫度增加，加劇了引起半導體激光器線寬的各個因素，因而隨著溫度的增加，其線寬增大，下圖是溫度對GaAlAs半導體激光器光譜線寬的影響。由ⅢV族化合物半導體所構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)兩邊材料組分差別較大，創(chuàng)門的電子親和勢也有較大差別，有相對較大的和，(對應于激光器的激射波長920nm)，而對應于波長為1310nm的激光器。由上式可看出，若能使，則半導體激光器的閾值電流不隨溫度變化，這當然是理想化的情況，而如何提高始終是對半導體激光器的一個重要研究課題。所以，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，才能保證激光二極管穩(wěn)定地工作。因此需要將溫度控制在激光器適合的溫度下，℃，這樣才能使激光器輸出穩(wěn)定的波長。先討論脈沖工作方式的半導體激光器，將連續(xù)工作看成是脈沖工作方式的一個特例(占空比為1)。激光器產(chǎn)生激光的前提條件除了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布之外，不需要滿足閉值條件，即必須使增益系數(shù)大于閉值。半導體激光器主要有電注入式、光泵式和高能電子束激勵式這三種激勵方式?？蓪崿F(xiàn)多變量協(xié)調(diào)控制。并且正在研發(fā)另外一種高效率、高穩(wěn)定度的電源(效率大于等于90%):恒流輸出范圍(1A，2A，4A，6A)