一种基于pd的激光器温度控制系统的制作方法
【专利摘要】一种基于PD的激光器温度控制系统，包括温度测量子系统、温度控制子系统、温度控制执行器子系统、温度反馈子系统、温度显示子系统，其中温度测量子系统通过NTC间接获得激光器温度，将其转换为电信号并与设定值进行比较，输入至温度控制子系统；温度控制子系统采用智能控制算法对温度进行控制；温度控制执行器子系统将温度控制信号进行功率放大，驱动执行器TEC工作，对激光器热沉进行加热或制冷；温度反馈子系统将集成于激光器内部的PD(光电二极管)输出光电流转换为电压信号反馈回输入端；温度显示子系统实现对激光器温度的显示。本发明在不增加额外设备的基础上，提高激光器的温度控制精度，可用于高精度激光器温度的控制。
【专利说明】一种基于PD的激光器温度控制系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于H) (Photodiode光电二极管）的激光器温度控制系统，适用 于内部集成有光电二极管的半导体激光器的高精度温度控制。
【背景技术】
[0002] 半导体激光器在国防、科研、通信、加工等领域有着广泛飞应用，特别是在科研与 通信领域，半导体激光器输出频率与功率的稳定性直接影响系统性能。半导体激光器输出 频率与光功对温度有较强的依赖性，因此应对半导体激光器温度进行高精度控制。
[0003] 半导体激光器温度控制系统一般采用热敏电阻、热电偶、热电阻、集成温度传感器 作为温度传感器，采用PID算法或更为复杂的控制算法对温度进行控制，以半导体制冷芯 片作为执行器，通过改变流过半导体制冷芯片的电流的大小与方向，实现对激光器温度的 控制。但目前的温度控制系统中，温度传感器测量的均是与激光器发光芯片相接触的热沉 的温度，由于热量在传导的过程中所出现的损耗，使温度传感器检测到的温度与激光器实 际温度有一定的偏差，难以实现温度控制精度的进一步提高。
【发明内容】
[0004] 本发明的技术解决问题是：克服现有激光器温度控制系统的不足，提供一种高精 度的激光器温度控制，且稳定可靠。
[0005] 本发明的技术解决方案是：一种基于ro的激光器温度控制系统，由温度测量子 系统、温度控制子系统、温度控制执行器子系统、温度反馈子系统、温度显示子系统组成，其 中温度测量子系统通过两个参数相同的NTC测量与激光器发光芯片接触的热沉的温度，当 NTC输出相同时表明系统达到热平衡，由此间接获得激光器的温度，将其转换为电信号并与 设定值进行比较，输入至温度控制子系统；温度控制子系统采用智能控制算法对激光器温 度进行控制，将调节后的信号输入至温度控制执行器子系统；温度控制执行器子系统将温 度控制信号进行功率放大，驱动执行器TEC (Semiconductor Cooler半导体制冷芯片）工 作，对激光器热沉进行加热或制冷；温度反馈子系统将集成于激光器内部的ro输出的电流 信号转换为电压信号，反馈回输入端，以实现对激光器温度的反馈控制；温度显示子系统实 现对激光器设定温度与实时温度的显示。其中温度测量子系统通过两个参数完全相同NTC 测量与激光器发光芯片相接触的热沉的温度，当两个NTC阻值相同时，可视为系统温度已 分布均匀，此时NTC测量所得温度最接近激光器发光芯片的温度，通过恒流源电路将NTC电 阻值转换为电压信号，输入至温度控制子系统；温度控制子系统采用智能控制算法对激光 器温度进行控制，通过观测器估计环境温度变化对系统的影响，采用DSP构成数字PID，实 现对激光器温度长期稳定、高精度的控制；温度执行器子系统以半导体制冷芯片为执行器， 将温度控制子系统输出的信号进行放大，通过改变流过半导体制冷芯片电流的大小与方 向，从而实现对与激光器相接触的热沉的加热或制冷，从而可对激光器的温度进行控制；温 度反馈子系统通过集成于激光器内部的ro实现对激光器温度控制的反馈，将随激光器温 度而变化的ro的电流信号，转换为电压信号，反馈回温度控制子系统；温度显示子系统用 于对激光器温度进行显示。
【权利要求】
1. 一种基于ro的激光器温度控制系统，其特征在于：主要包括温度测量子系统（1)、温 度控制子系统（2)、温度控制执行器子系统（3)、温度反馈子系统（4)、温度显示子系统（5)， 其中温度测量子系统（1)通过两个参数相同的NTC测量与激光器发光芯片接触的热沉的温 度，当NTC输出相同时表明系统达到热平衡，由此间接获得激光器的温度，将其转换为电信 号并与设定温度进行比较，输入至温度控制子系统（2);温度控制子系统（2)采用智能控制 算法对激光器温度进行控制，将进行控制后的信号输入至温度控制执行器子系统（3);温 度控制执行器子系统（3)将温度控制信号进行功率放大，驱动执行器TEC工作，对激光器热 沉进行加热或制冷；温度反馈子系统（4)将集成于激光器内部的ro输出的电流信号转换为 电压信号，反馈回输入端，以实现对激光器温度的反馈控制；温度显示子系统（5)与激光器 相连，通过集成温度传感器测量与激光器发光芯片接触的热沉温度实现对激光器实时温 度的显示。
2. 根据权利要求1所述的一种基于ro的激光器温度控制系统，其特征在于：所述的温 度反馈子系统（4)通过激光器温度与光功率的关系对激光器温度进行反馈控制，激光器输 出光功率p与外微分量子效率n d、阈值电流ith存在以下函数关系：
其中，h为普朗克常数，u为频率，e为单位电荷量，I为注入电流；
为常数，外微分 量子效率随温度升高而降低，阈值电流随温度升高而升高，因此激光器功率随温度升高而 下降，即功率与温度T存在以下关系： P 1/T 因此，所述的温度反馈子系统（4)通过集成于激光器内部的光电二极管输出电流与功 率的正比关系，可得出激光器温度与光电二极管输出电流具有反比关系，从而引入电流反 馈对激光器温度进行控制。
【文档编号】H01S5/024GK104298278SQ201410584420
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】全伟, 陈熙, 房建成, 刘峰, 李光慧 申请人:北京航空航天大学