半导体激光器自动温度控制电路设计

电路设计报告（姓名：_________学号：________）一、半导体激光器驱动电路激光二极管广泛用作于光纤通信中的光源，采用恒流驱动方式。

电路中，VT 1和VT 2构成恒流源，稳压二极管VD Z 为恒流源提供稳定的基准电压，RP 1限制该电路的电流，RP 2调节最佳工作点。

当电流很小时，激光二极管VD 1不发光，光电二极管VD 2检测不到光功率。

这时，比较器A 1输出高电平，监视发光二级管LED 不发光显示。

调节电路中电流使其超过激光二极管的阈值电平时，激光二极管获得足够大的功率而发光，VD 2中有光电流流过，LED 发光显示。

123456ABCD654321D CBATit leN u mb er Rev isio nSize B D ate:5-A p r-2012Sh eet o fFil e:E:\ED A\半导体激光器驱动电路.d d b D raw n By 0.1μF0.1μF100K Ω2K Ω10K Ω820Ω200Ω10K Ω22Ω10ΩRP2500ΩRP11K ΩLED9013V T1V T225C3039A 1LM339A 2LM339V D2PH OTO3.6VV DzV D1LDV CCV CCTTL 输入二、半导体激光器温度控制电路这种驱动电路也可作为热电冷却器TEC 中温度控制电路，如下图。

TEC 控制电路是基于比较器A 1的反馈系统。

若温度高于设定值，A 1反相输入端电压低于其低阈值电平，A 1输出高电平，通过R 1、VT 1和VT 2驱动TEC 。

TEC 电流由VD 1进行限制。

当TEC 被驱动导通时，它使激光制冷，A 1反相输入端电压增大到超过其高阈值电平，A 2输出低电平TEC 截止不工作。

RP 用于设定温度值。

123456ABCD654321D CB ATit leN u mb er Rev isio nSize B D ate:5-A p r-2012Sh eet o fFil e:E:\ED A\半导体激光器温度控制电路.d d b D raw n By 0.1μFV T225C3039V T19013A 1LM33920K ΩRP2.2KΩR110K Ω12Ω10K Ω1MΩV D 2.7VTEC热电冷却器参考书目[1]何希才．常用电子电路应用365例．电子工业出版社，2006.其他什么的大家自己写点吧O(∩_∩)O~。

VCSEL激光器温度控制电路设计及氧气浓度测量实验研究的开题报告一、选题背景及意义：VCSEL激光器是一种新型半导体激光器，具有功率密度高、体积小、发光波长可调等优点。

在通信、计算机、医疗与检测等领域具有广泛应用。

在VCSEL激光器的使用中，温度对其发射特性有很大影响。

因此，需要对VCSEL激光器进行温度控制，以稳定它的工作状态。

同时，VCSEL激光器在气体检测领域也有很大的应用，如氧气浓度检测。

通过对VCSEL激光器的射出光谱进行分析，可以得出氧气浓度的相关信息，从而实现氧气浓度的测量。

本文旨在研究VCSEL激光器的温度控制电路设计及氧气浓度测量实验研究。

二、研究内容：本文将研究VCSEL激光器在不同温度下的发光特性转换，通过调整温度来控制VCSEL激光器的工作状态，设计出一种可靠的温度控制电路。

另外，本文还将探究VCSEL激光器在气体检测领域的应用，针对氧气浓度测量这一应用场景，通过对VCSEL激光器的射出光谱进行分析，得出氧气浓度的相关信息。

三、研究方法和步骤：1. 文献调研：通过查阅相关文献，了解VCSEL激光器的基本原理和工作特性，以及温度控制电路和氧气浓度测量方法等相关内容。

2. 设计温度控制电路：通过实验研究VCSEL激光器在不同温度下的工作状态，设计出可靠的温度控制电路，以维持VCSEL激光器的稳定工作状态。

3. 实验测量氧气浓度：通过对VCSEL激光器的射出光谱进行分析，测量出氧气浓度的相关信息，并验证其准确性和可靠性。

四、预期结果：本研究将设计出一种可靠的VCSEL激光器温度控制电路，以及在气体检测领域具有应用前景的氧气浓度测量方法。

通过实验证明，所设计的温度控制电路和氧气浓度测量方法具有较高的准确性和可靠性，并为VCSEL激光器在实际应用中提供重要参考。

1 DFB激光器引脚图
图2 驱动电路
LM358双运算放大器芯片内部包含两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运算放大器，非常合适于电源的电压范围很宽广的单电源使用，也合适在双电源的工作模式中，在实际推荐的工作条件范围下，电源的电流和电源的电压无关。

使用范围包含了直流增益模块、传感放大器和其他所有可用单的电源供电使用的运算放大器的地方。

LM为塑封8引线双列贴片式。

其具有特性如下：输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5 V）,内部频率补偿，差模输入电压范围宽，等于电源电压范围，直流电压增益高（约100 dB）,共模输入电压范围宽、包括接地，单位增益频带宽（约1 MHz）,低输入失调电压和失调电流，电源电压范围宽、单电源（3~30 V）、双电源（±1.5-±15 V），低输入偏流，低功耗电流、适合于电池供电。

其引脚设置如图3所示。

}
void Cls(void)/*
{
uchar i;
for(i=0;i<32;i+=2)
WrAddDdat(i,0x00);
}
3 性能指标测试
将设计中1 550 nm （YOKOGAWA）公司的光谱分析进行测试图4所示，其中心波长是
图4 1 550 nm激光源光谱图。

系
系主任
批准日期
毕业设计（论文）任务书
精密仪器工程系光信息科学与技术专业光信071 班学生魏双宏
一、毕业设计(论文课题半导体激光器温度控制系统设计
二、毕业设计(论文工作自 2011 年 2 月 28 日起至 2011 年 6 月 26 日止
三、毕业设计(论文进行地点西安理工大学
四、毕业设计(论文的内容要求
毕业设计的主要内容有以下几点：
1、查阅文献，了解半导体激光器（LD）的组成，了解温度对LD输出特性的影响；
2、进行LD温度控制系统的方案设计及可行性研究；
3、查阅资料，掌握半导体制冷硅的工作原理；
4、设计系统的硬件部分；
硬件系统主要包括温度检测电路设计、单片机接口电路设计、TEC驱动电路设计等；
5、设计系统的软件部分；
6、对系统的软硬件进行调试，并解决调试中出现的问题
7、最终完成温度闭环控制。

要求：控温范围：20℃～30℃，稳定度：0.1℃。

8、英文翻译。

与课题有关的英文资料，不少于3000 字。

要求：
1、第四周完成开提报告，主要论证所设计的方案；
2、文献综述不少于5000字；
3、参考文献不少于15篇，其中英文文献不少于3篇。

负责指导教师
指导教师
接受设计论文任务开始执行日期
学生签名。

一种半导体DFB激光器控制电路的设计半导体DFB激光器是一种常用的光电器件，具有自锁振荡和稳定单模输出的特点。

为了实现对DFB激光器的精确控制，需要设计一种合适的控制电路。

这篇文章将详细介绍一种基于反馈控制的DFB激光器控制电路设计方案。

首先，我们需要了解DFB激光器的工作原理。

DFB激光器是一种具有光栅衍射结构的半导体激光器，通过该结构可以实现选择性放大其中一特定波长的光信号，从而实现单模输出。

控制DFB激光器的输出波长主要通过改变激光器中的折射率或者光栅调制电流来实现。

基于以上的工作原理，我们可以设计一种基于PID反馈控制的DFB激光器控制电路。

PID控制器是一种经典的控制算法，通过对系统的误差、积分和微分进行综合处理，实现对系统的精确控制。

其数学描述为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，u(t)为输出控制信号，e(t)为系统的误差，Kp、Ki和Kd为PID控制器的参数，分别对应比例、积分和微分增益。

对于DFB激光器的控制，我们可以将激光器的输出功率作为系统的误差信号。

具体设计步骤如下：1.传感器选择：选择一个合适的光功率传感器，用于测量DFB激光器的输出功率。

常用的光功率传感器有PIN光电二极管、光纤耦合探头等。

2.比例放大器：将光功率信号放大到适合PID控制器的输入范围。

可以使用运算放大器或者其它适当的电路来实现。

3.PID控制器：设计一个PID控制器电路，根据实际需求调整比例、积分和微分增益系数。

可以使用模拟电路或者数字信号处理器来实现PID控制器。

4.DA/AD转换：将数字控制信号转换为模拟控制信号，根据PID控制器的输出控制信号，调整DFB激光器的工作状态。

同时，将光功率传感器测得的光功率信号转换为数字信号，在PID控制器中作为反馈输入。

5.功率调节电路：根据PID控制信号，调节DFB激光器的工作状态，实现输出功率的稳定控制。

大功率半导体激光器高精度温控系统研究王宗清;段军;曾晓雁【摘要】为了减小温度对半导体激光器输出光波长和功率稳定性的影响，设计了由恒流模块驱动半导体制冷器，通过改变恒流模块的电流来控制半导体制冷器的制冷量，利用分段积分的比例－积分－微分控制算法，选择最优控制参量，实现大功率半导体激光器的精密温控系统。

系统包括高精度测温电路、控制核心DSPF28335、半导体制冷器控制电路、人机交互及通信模块。

在5℃～26℃环境下对系统进行测试，实现50W大功率半导体激光器的恒温控制，温控范围为15℃～45℃，温控精度达到±0．02℃。

结果表明，该系统温控范围广，控制精度高，满足大功率半导体激光器的温控要求。

%In order to reduce the influence of temperature on output wavelength and power stability of semiconductor lasers, a constant current module was designed to drive thermoelectric cooler .The cooling capacity of the thermoelectric cooler was controlled by changing the current of the constant current module .The optimal control parameters of proportion-integration-differentiation algorithm were set to realize high precision temperature control .The system consists of high precision temperature measurement circuit , control core of DSP F28335, thermoelectric cooler control circuit , human-computer interaction and communication module .Constant temperature control was realized for a 50W high power laser diode at 5℃~26℃ambient temperature, the temperature control accuracy reached ±0.02℃at 15℃~45℃.The results show that this system has a wide temperature control range and highcontrol precision , which satisfies the requirement of temperature control of high power semiconductor lasers .【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】4页(P353-356)【关键词】光电子学;温度控制;恒流源;半导体激光器;温控算法【作者】王宗清;段军;曾晓雁【作者单位】华中科技大学武汉光电国家实验室，武汉430074;华中科技大学武汉光电国家实验室，武汉430074;华中科技大学武汉光电国家实验室，武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TP273引言半导体激光器(laser diode，LD)的性能受温度的影响很大，如阈值电流、输出光波长和功率都会随温度变化。

STM32的窄线宽半导体激光器驱动电路设计
丁少轩;刘文耀;潘梓文;刘昊东;陶煜;唐军;刘俊
【期刊名称】《单片机与嵌入式系统应用》
【年(卷),期】2023(23)2
【摘要】设计了一种高稳定性的激光器驱动电路。

激光器驱动电路硬件主要包括温控模块、恒流驱动模块以及电流调谐模块,电路设计采用STM32微处理器作为主控芯片,ADN8443作为温度控制器件,结合PWM控制方案实现温度控制,设计恒流驱动电路以及电流调谐电路实现半导体激光器的稳定输出。

经过测试,功率稳定度为0.16%,波长稳定度为0.23 ppm,电路具有可调谐、体积小、效率高、驱动能力强等优点,能够实现激光器的稳定控制。

【总页数】5页(P29-32)
【作者】丁少轩;刘文耀;潘梓文;刘昊东;陶煜;唐军;刘俊
【作者单位】中北大学量子传感与精密测量山西省重点实验室;中北大学动态测试技术国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN249
【相关文献】
1.硅光子芯片外腔窄线宽半导体激光器
2.高稳频窄线宽半导体激光器
3.638nm光栅外腔窄线宽半导体激光器
4.窄脉冲大电流半导体激光器驱动电路设计与仿真
5.基于半导体激光器窄线宽光子微波信号获取
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半导体激光器自动温度控制电路设计【摘要】本文对用于通信设备的半导体激光器温度控制电路进行了模型建立和分析，并从自动控制的角度对温控电路形式进行了详细的性能指标分析和测试，通过对不同的控制方法的仿真分析和实测数据的对比得出了一种较为有效的温度控制电路，可以满足一般温控系统的要求。

【关键词】温度检测；自动温度控制；TEC在光纤通信领域，通常使用半导体激光器作为光源，而半导体激光器的发射波长与管芯的温度密切相关，温度升高将导致波长变长（一般为0.1nm℃），对于一般的单波长光通信系统来说，波长的漂移对系统性能并无太大影响。

但对于密集波分复用系统（DWDM），由于通道间的波长间隔已经很小，保持波长的稳定就变得非常重要。

例如，工作在C波段的32波系统，通路波长间隔为100GHz （约0.8nm），而工作在C+L波段的160波系统，通路波长间隔为50GHz（约0.4nm）。

因此，如果不对激光器管芯的温度加以控制，微小的温度变化将导致整个系统的不可用。

另外，半导体激光器是对温度敏感的器件，其阈值电流、输出波长以及输出光功率的稳定性都对温度非常敏感，其工作寿命也与其工作温度密切相关。

实验表明，温度每升高30℃激光器的寿命会降低一个数量级[1]-[4]。

对于可靠性要求高的场合，且保证激光器的寿命就需要对管芯温度加以控制，这样在系统中就需要附加一个自动温度控制电路（ATC）来实现对激光器管芯的温度控制。

1.温度控制系统原理2.热模型的建立一般带致冷激光器的常见结构是首先将激光器、背光管、热敏电阻等组件安装在一个子热沉上，然后再固定到TEC制冷器上，当温控电路正常工作时，位于TEC上的子热沉将恒定在某一设定温度值。

当给TEC致冷器通不同极性的电流时能够分别实现致冷或致热，无论处于致冷还是致热状态，温度都不会突变，而是一个缓慢变化的过程。

而在一定的电流下，当时间足够长时由于外界的热交换达到了平衡状态，温度将维持在某一个值（即与壳体间的恒定温差）。

1761 引言半导体激光器因体积小、重量轻、效率高等优点,显示出特有应用前景。

但温度不稳定使输出功率不稳、波长漂移等,影响了寿命及使用[1]。

国外激光器温度控制器领先的公司有:IXLight,WAVELEN GTH,McShane等[2]。

以IXLight的 LD3700(台式机)为例:由数字器件和模拟器件组成,可任意选择 RTD、热敏电阻、LM335 或 AD590 作为温度传感器;有自校正、自检功能;半导体制冷器具有独立的限流电路;过热保护电路,在温控器失灵时,激光器依旧安全[3]。

国内生产激光器恒温控制器较少,产品温控精度不高,范围较窄[4-5]。

虽然国外产品稳定性好、温控精度较高,但非常昂贵。

研究成本低、高稳定度的激光器温控系统具有一定的经济价值和现实意义。

2 系统设计方案控制系统设计框图如图1所示。

通电后,风扇为激光器散热。

通过键盘设置需要控制的温度范围。

DS18B20测得激光器的温度反馈给单片机,数据处理后送LCD 液晶显示器实时显示。

同时单片机通过PWM波控制TEC( Thermo Electric Cooler)制冷、保温或加热。

2.1 硬件选取和电路实现2.1.1 温度采集电路DS18B20是一种数字化单总线器件,与传统的PTC、NTC等热敏电阻相比,它能够直接测出温度,不需要AD转换,直接将数据发送给单片机。

具体电路图如图2所示。

基于单片机的大功率半导体激光器温度控制系统的设计庞慧敏 李林书 周哲海*(北京信息科技大学 光电测试技术北京市重点实验室,北京 100192)摘要:本文以STC89C52为主控芯片,用DS18B20实时监控激光器温度变化,半导体制冷器TEC作为执行元件,对温度实时采集和控制,使激光器工作于最佳温度点。

实验结果表明:在室温23℃的情况下,激光器的温控范围为-10～50℃控温精度在±0.5℃。

关键词:大功率激光器；温度控制；STC89C52；LC D 中图分类号:TP273文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2017)10-0176-02收稿日期:2017-09-22作者简介:庞慧敏(1993—),女,山东临沂人,硕士研究生,主要从事仪器仪表等方面的研究工作;李林书(1993—),男,山东菏泽人,硕士研究生, 主要从事仪器仪表等方面的研究工作。