【正文】 、 光信息處理等方面有廣泛的應(yīng)用。促使我們?yōu)檎n題的發(fā)展奠定了方向?？蓪?shí)現(xiàn)多變量協(xié)調(diào)控制。計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用給測(cè)控儀器帶來(lái)了巨大的變化，模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量之后，計(jì)算機(jī)可以對(duì)數(shù)字量做各種變換處理，永久存儲(chǔ)記錄，遠(yuǎn)近距離傳輸，多種方式結(jié)果輸出等，在控制方面可以采用先進(jìn)的控制技術(shù)，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能得以?xún)?yōu)化，并使人機(jī)對(duì)話(huà)更加方便，使測(cè)控儀器自動(dòng)化，智能化。具有以下特點(diǎn):（1）前端采用各種新型的傳感器作為探測(cè)器，大大的提高了整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量精度，并且給許多物理參數(shù)的測(cè)量帶來(lái)了新的方法?？v觀上述材料可以看到國(guó)外的半導(dǎo)體激光器溫控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)已經(jīng)取得了較好的成果，而國(guó)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。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)。℃。℃；中國(guó)工程物理研究院流體物理研究所江孝國(guó)等人采用PID控制技術(shù)，研制的半導(dǎo)體激光器用溫度控制系統(tǒng)，在18℃至25℃溫度范圍內(nèi)，溫控的穩(wěn)定度高于177。該型電源具有較寬的輸出范圍和較佳的恒流匹配效果，能夠有效提高配套激光管的壽命和激光器整機(jī)性能，并具有過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、開(kāi)路保護(hù)、短路保護(hù)、水流保護(hù)等功能，工作溫升低、效率高，安全性好。目前國(guó)內(nèi)研究較好的是七O九所。采用過(guò)熱保護(hù)電路，在溫控器失靈時(shí)，激光器二極管依舊安全。通過(guò)微機(jī)界面或者前面板均可對(duì)整機(jī)進(jìn)行自校正、自檢，增加了系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，有效地保護(hù)了半導(dǎo)體激光器二極管的安全。 在上述的這些控制器中，我們以IXLight公司的LD3700(臺(tái)式機(jī))為例給以說(shuō)明，它的特點(diǎn)是：由數(shù)字器件和模擬器件組成，可以任意選擇RTD熱敏電阻、LM335或AD590作為溫度傳感器。當(dāng)前，在制造激光器溫度控制器產(chǎn)品的國(guó)外公司中，處于領(lǐng)先水平的主要有：IXLight，WAVELENGTH，McShane，THORLABS和Linea Technology等一些公司。該激光器能夠替換目前在紫外和可見(jiàn)光領(lǐng)域的傳統(tǒng)氣體激光器。與目前采用倍頻技術(shù)的半導(dǎo)體激光器相比，直接發(fā)光綠色激光器體積更小，溫度穩(wěn)定性更高，調(diào)制能力更強(qiáng)，更易于控制。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外的恒溫控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀，我們做了以下分析：在國(guó)外方面，歐司朗光電半導(dǎo)體成功研發(fā)直接發(fā)光綠色氮化錮稼激光器，標(biāo)志著實(shí)驗(yàn)室研究取得重大突破。半導(dǎo)體激光器作為光電子系統(tǒng)的核心器件，具有了相當(dāng)大的開(kāi)發(fā)、研究意義以及市場(chǎng)潛力。在國(guó)內(nèi)中興、華為等大型通訊設(shè)備制造商也將研究光纖通信產(chǎn)品作為了公司的重點(diǎn)戰(zhàn)略。上世紀(jì)90年代的中后期，Internet開(kāi)始普及，光纖通信領(lǐng)域出現(xiàn)了良好的增長(zhǎng)勢(shì)頭。但我國(guó)在激光應(yīng)用方面同國(guó)外先進(jìn)水平有一定差距，激光器的性能和質(zhì)量都不如國(guó)外產(chǎn)品，這里其中一個(gè)原因是由于作為半導(dǎo)體激光器泵浦的固體激光器的兩個(gè)主要工作部件—泵浦光源、倍頻晶體都會(huì)受到溫度的影響而使性能變差，所以對(duì)這兩個(gè)部分的溫度控制就顯得尤為重要，而我們的溫控系統(tǒng)較之國(guó)外還有一定的差距，這就是我們的激光器的性能在一定程度上受到了影響?？傊S著LD技術(shù)的成熟，LD被廣泛的應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。1978年，LD開(kāi)始應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)，它可以作為光纖通信的光源和指示器以及通過(guò)大規(guī)模集成電路平面工藝組成光電子系統(tǒng)，由于LD有著差小型、高效率和高速工作的優(yōu)異特點(diǎn)，所以這類(lèi)器件的發(fā)一開(kāi)始就和光通信技術(shù)緊密結(jié)合在一起，他在光通信、光變換、光互連、并行光波系統(tǒng)、光信息處理和光存儲(chǔ)、光計(jì)算機(jī)外部設(shè)備的耦合等方面有重要的用途。LD的應(yīng)用覆蓋了整個(gè)光電子學(xué)領(lǐng)域，已成為當(dāng)今光電子科學(xué)技術(shù)的核心技術(shù)。這些優(yōu)點(diǎn)使得LD被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。（2） LD可用來(lái)泵浦含有不同激活粒子的固體激光材料，豐富了相干光源的譜線(xiàn)。由于激光器有這些優(yōu)點(diǎn)，促使人們研制更好的激光器，推動(dòng)了激光器的發(fā)展。Finally, design TEC control section , with the LTC1923 for control device ,contol the TEC to achieve the temperature result of the study shows that LD’ temperature can be set arbitrarily in the range from 20℃～30 ℃.In this case ,the precision of controlling temperature can achieve ℃. This temperature control system provide a good temperture control solution for the small or middle power LD temperature controlKeywords:Laser Diode,Semiconductor Cooling, Automatic 目錄第一章 緒論 1 1 2 5 5第二章 半導(dǎo)體激光器的溫度特性 6 半導(dǎo)體激光器的工作原理 6 溫度對(duì)LD特性的影響 7 9 溫度對(duì)半導(dǎo)體激光器縱模譜的影響 11 12 12第三章 常用的控制原理及方案 14 半導(dǎo)體激光器的制冷 14 15 15 閉環(huán)控制單元 15 常用的LD溫度控制方法 16 采樣系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì) 17 LD溫度控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 19 20第四章 硬件電路的設(shè)計(jì) 21 溫度采集系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 21 溫度傳感器的選擇 21 溫度傳感系統(tǒng)的電源 23 24 TEC（Thermoelectic Cooler）驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 27 27 31 35 軟件綜述 36 39第五章 總結(jié)和展望 405．1總結(jié) 40 41 42文獻(xiàn)參考： 43致謝 45附錄 46第一章 緒論激光器的發(fā)明無(wú)疑是科學(xué)史上最偉大的發(fā)明之一，1960年5月，美國(guó)休斯頓實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家梅曼()正式宣布制成紅寶石激光器，開(kāi)創(chuàng)了激光技術(shù)的先河。關(guān)鍵詞：LD ，半導(dǎo)體制冷器 ，自動(dòng)控制The design of LaserDiodeTemperuatre Conrtol TechnologyAbaractNow,laser diode(LD) is extensively applied in science and research, national defense,industry fields ,its own raising temperature makes the wavelength longer when LD works. The situation has the great influence on the precision of measure instruments,the quanlity of munication,and let along adjusting to the terrible industial ,it is very necessary to control the LD’ working work out the system of LD’ controlling temperturate with high precision and steady,the study regards a small scale of LD as the controlled objective,makes use of platinum resistor as the temperature conveying nonpolluting and good cool result refrigeration divces semiconductor refrigeration silicon(TEC) as system temperture control conduct device.Because of the uncertainty of mathemetical mode of the LD temperature (the LD temperature changes with the in put current of LD ),and the accuracy of the temperture control system is as high as ℃，the traditional control method is difficult to obtain such an ,this system uses a microcontroller of bining the automatic control method .Frist of all ，design temperature sensor module,use a platinum resistor acquisition the LD temperture signal。首先，設(shè)計(jì)溫度傳感器模塊， 采用鉑電阻采集LD的溫度信號(hào)；其次，設(shè)計(jì)控制模塊，以ADUC831為基礎(chǔ)進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制；最后，設(shè)計(jì)TEC控制部分，以L(fǎng)TC1923為控制器件，控制TEC工作，達(dá)到溫度控制的目的。由于LD溫度數(shù)學(xué)模型的不確定性（LD溫度隨注入LD的電流的大小而改變），而且控制精度要求比較高（℃），傳統(tǒng)的控制方案難以實(shí)現(xiàn)。因此，需要對(duì)LD的溫度變化進(jìn)行嚴(yán)格控制。半導(dǎo)體激光器溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要目前，半導(dǎo)體激光器（LD）廣泛應(yīng)用于科研、國(guó)防、工業(yè)等領(lǐng)域中。但由于LD工作時(shí)溫度的自身溫度的升高使其波長(zhǎng)展寬，嚴(yán)重影響了測(cè)量?jī)x器的精度、通信質(zhì)量、更不能適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境。本課題的被控對(duì)象是小型LD，利用鉑電阻為溫度傳感器，采用無(wú)污染、制冷效果顯著的制冷器件——半導(dǎo)體制冷硅（TEC）作為系統(tǒng)的執(zhí)行元件，設(shè)計(jì)了一種高精度和高穩(wěn)定度的LD溫控系統(tǒng)。因此，本系統(tǒng)采用了單片機(jī)和自動(dòng)控制相結(jié)合的方法。研究結(jié)果表明：LD的溫度控制在20℃～30℃范圍之內(nèi)任意設(shè)定，℃.本溫度控制系統(tǒng)為中小功率LD的溫度控制提供了一種良好的解決方案。Secondly ,design control module,to based on ADUC831 programming, enforce the system control。激光在現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、通訊、國(guó)防、科學(xué)等方面有著廣泛的應(yīng)用，這與激光具有高亮度、高單色性、高方向性分不開(kāi)。半導(dǎo)體激光器是成熟較早、進(jìn)展較快的一類(lèi)激光器，除了他的波長(zhǎng)范圍寬，制作簡(jiǎn)單、成本低、易于大量生產(chǎn)，體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)，還具有以下特點(diǎn)：（1） 直接電注入使其有高的量子效率，可以通過(guò)調(diào)整分組和控制溫度從得到與常用的固體激光材料相匹配的波長(zhǎng)。（3） 能直接調(diào)制以及與其他半導(dǎo)體集成器件的集成能力強(qiáng)。LD的最主要應(yīng)用領(lǐng)域是Gb局域網(wǎng)，850mn波長(zhǎng)的LD適用于1Gb局域網(wǎng)，1300mn～1550mn波長(zhǎng)的LD適用于10Gb的局域網(wǎng)系統(tǒng)。LD在激光測(cè)距、激光雷達(dá)、激光通信、激光模擬武器、激光警戒、激光制導(dǎo)跟蹤、引燃引爆、自動(dòng)控制、檢測(cè)儀器等方面獲得了廣泛的應(yīng)用，形成了廣闊的市場(chǎng)。LD的問(wèn)世極大的推動(dòng)了信息光電子技術(shù)的發(fā)展，到如今，他是當(dāng)前光通信領(lǐng)域中發(fā)展最快、最為重要的激光光纖通信的重要光源。實(shí)現(xiàn)了LD重量輕，壽命長(zhǎng)，廣泛應(yīng)用的特點(diǎn)我國(guó)激光器的研制工作起步比較早，在激光技術(shù)的理論研究方面并不比國(guó)外落后。國(guó)外的溫控設(shè)備比較先進(jìn)，多為功能齊全的智能化產(chǎn)品，價(jià)格也非常昂貴，我們?cè)谫Y金缺乏的情況下，也可以研制開(kāi)發(fā)自己的半導(dǎo)體激光器泵浦的固體激光器的溫度數(shù)字控制系統(tǒng)。在國(guó)外，世界上許多著名的IT公司，例如阿爾卡特光電子Liner等，均研制出了各種新型光調(diào)制器、激光光源和光電探測(cè)器。今后，隨著光纖網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)光纖通信器件的需求量將會(huì)越來(lái)越大。對(duì)于半導(dǎo)體激光器的溫度控制系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)校、研究所與公司都在進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。該款激光器的激光輸出功率高達(dá) 50mW，能發(fā)射波長(zhǎng)為515nm的真綠光線(xiàn)。法國(guó)Oxxius的工程師開(kāi)發(fā)了一種專(zhuān)利性單片電路振蕩器，制造了一款獨(dú)特的二極管泵浦固態(tài)激光器，能夠滿(mǎn)足上述三個(gè)指標(biāo)。更重要的是，它的緊湊式設(shè)計(jì)允許被集成到分析儀器當(dāng)中，開(kāi)辟了在生物光學(xué)和光譜學(xué)領(lǐng)域的新應(yīng)用。IXLight公司生產(chǎn)的恒溫控制器主要型號(hào)有LD5525系列、LD3700系列；WAVELENGTH公司的恒溫控制器產(chǎn)品的主要型號(hào)有MPT系列、PID系列、HTC系列和FPT系列；McShane公司的恒溫控制器的主要型號(hào)有5C7系列；THORLABS公司的恒溫控制器產(chǎn)品主要型號(hào)有TEC2000系列Liner以及Analog Devices等公司都推出了專(zhuān)用的熱電制冷控制器芯片，例如Liner公司的LTC1923，Analog Devices公司的ADN8830，TI公司的DRV593等。增加了GPIB/IEEE488接口，能實(shí)現(xiàn)和微機(jī)的雙向通訊。半導(dǎo)體制冷器具有獨(dú)立的限流電路，若超過(guò)限定電流，會(huì)亮起報(bào)警指示燈。 國(guó)內(nèi)專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)用于保持激光器恒溫的控制器比較少，產(chǎn)品基本為時(shí)間比例調(diào)節(jié)、固定參數(shù)PID調(diào)節(jié)等。七O九所技術(shù)人員在100W激光電源的研發(fā)過(guò)程中，采用基于DSP控制的PWM高壓高頻開(kāi)關(guān)模式與電壓電流雙閉環(huán)控制方式