半导体激光器自动温度控制电路设计

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半导体激光器驱动及温度控制电路

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~。

半导体激光器温度控制驱动电路的优化设计

ｔｅｄｎｍｉｓｂｌｙｆａｌ．ｈｙａｃｔｉｔｎｌａｉｉｙ
Ｋｅｏｄ：ｄｖｉｕｔｆＴ；ｕｅｗｄｈｍｄｌｔｇｓｍｉｎｕｔｅｇｒｉｅｉｅ（Ｅ）ｙｗｒｓｒｅｃｒｉｏＬｐｌｉｔｏｕａｎ；ｅｃｄｃｒｒｒｅｔｎｄｖｃＴＣｉｃＢｓｉｏｏｆａｏｉ０引言
张新义，张建军
（山东理工大学。山东淄博２５４）５０９
摘
要：半导体激光器晶体在工作中对热效应产生的影响非常敏感，因此，对激光器的晶体温度要求非常
高。设计了一种改进型的脉宽调制电路，其采用了数字和模拟电路相结合的方法，通过改变输出电压的脉
冲宽度和幅值，对驱动电流的方向和大小分别控制就可以在输出端得到不同的输出功率。这样就可以控
ＺＡＧＸｎｙ，ＨＮｉ－ｎＨＮｉ－ｉＺＡＧＪｎｊａｕ
（ｈｎｏｇＵｉｅｓｙｏｅｈｏｏｙＺｂ５０９ＣｉａＳａｄｎｎｖｒｉｆｃｎｌ，ｉｏ２５４，ｈｎ）ｔＴｇ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＴｅｉｕｎｅｏｅｔｆｃｔｏｋｏｍｉｏｄｃｏｓｒｃｙｔｌＳｖｒｅｓｔｅ。ＯｔｅｒｑｅｔｆｈｈｎｅｃｆｈａｆｔｒｆｅｃｎｕｔｒｌｅｒｓａｅｓｎｉｖＳｅｕｓｏｅｌｆｅｅａｗｓａｉｙｉｈｔｔｍｐｒｔｒｆｔｅｌｓｒｃｙｔｌｉｅｙｉｏｔｎ．ｉｄｏｈｍｐｏｅｉｕｔｏｕｓｄｈｍｏｕａｉｇｉｅｅａｕｅｏａｅｒｓａｓｖｒｍｐｒｔＡｋｎｆｔｅｉｒｖｄｃｒｉｆｐｌｅｗｉｔｄｌｔｓｈａｃｎｄｓｎｄ，ｈｃｄｐｓｔｅｍｅｈｄｏｅｆｕｅｃｍｂｎｎｔｉｌｔｎｃｒｕｔｔｒｕｈｃａｇｎｈｄｈｏｅｉｅｗｉｈａｏｔｈｔｏｆｔｇｒｏｉｉｇｗｉｓｍｕａｉｉｉ，ｈｏｇｈｎｉｇｔｅｗｉｔｆｇｈｉｈｏｃｐｌｅａｄａｌｕｅｏｅｖｌｇｆｏｔｕｏｃｎｒｌｔｅｄｒｃｉｎａｄｓｚｆｔｅｅｅｔｉｃｒｅｔｔｅｉｅｅｔｕｓｎｍｐｉｄｆｔｏｔｅｏｕｐｔｔｏｔｈｉｔｎｉｅｏｌｃｒｕｒｎ，ｈｎｄｆｒｎｔｈａｏｅｏｈｃｆｏｔｕｏｅｎｔｅｏｔｕｎａｅｒｃｉｅ．ｎｔｉｗａｔｅｏｔｕｏｅｆｔｅｓｍｉｏｄｃｏｅｒｇｒｔｎｕｐｔｗｒｉｈｕｐｔｅｄｃｎｂｅｅｖｄＩｈｓｙ，ｈｕｐｔｐｗｒｗｒｈｍｅａｒｆｓｔａｊｓｔｉｌ，ｄｔｅｆｅｎｆｈｅｐｒｔｅｗｉａｅｈｙｔｍｒａｈｏｅｅｔｐｒｔｅａｔｏｄｔｈｃｙａｎｌｔｅｏｔｅｔｍｅａｒｈｈｍｋｓｔｅｓｓｅｃｔｅｕｕｋｎｈｉｙｕｕｃｅ

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

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。

用于半导体激光器的温控电路设计

Ｄｅｉｎｏｅｐｒｔｒｏｒｌｃｒｕｉｆｒｌｓｒｄｏｓｇｆｔｍｅａｕｅｃｎｔｏｉｃｔｏａｅｉｄｅ
ＨａｇＺＡＧＹ－ｎＹｉ－ａＵＹｎ，ＨＮａｕ，ＵＪｑｎｊｎｕ
ｃｒｕｔｉｃｉｗａｕｅｔｅｉｎｔｖｌｇｔｍｐｒｔｒｎｎｉｅｒｒｏｉｓｅｄｆｏａＨ・ｒｄｅｉｃｉ．ｓｓｄｏｌｍｉａｅｏｔｅ—ｅｅａｕｅｏｌａｅｒｒｎｔａｏｎｒｌａｎｍｂｇｃｒｕｔｉ
胡杨，亚军，张于锦泉
（国工程物理研究院流体物理研究所，川绵阳６１０中四２９０）摘要：针对半导体激光器（Ｄ）光稳定的应用要求，计了一种有效的温度控制电路。电路基Ｌ出设
（Ｅ）ＴＣ，实现了对Ｌ工作温度的高精度控制。通过测试，Ｄ工作温度在ｌｎ内达到设定温度，０ｍｎＤＬｍｉ３ｉ内．２ ℃ 的工作温度下稳定度达± ．。结果表明：电路能快速、效地控制ＴＣ工作，到稳在５０２℃ 该有Ｅ达
ｔｍｐｒｔｒＰｅｆｒａｃｔｓｓｏｄｈａＬＤｗｏｋｎｔｍｐｒｔｒｒａｈｄｈｓｔｏｎｔｍｐｒｔｒｅｅａｕｅ．ｒｏｍｎｅｅｔｈｗｅｔｔｒｇｅｅａｕｅｅｃｅｔｅｅｐｉｔｅｅａｅｉｕ

半导体激光器自动温度控制电路设计

武汉理工大学华夏学院
ＺｈａｏＪｉｎｇ（ＨｕａｘｉａＣｏｌｌｅｇｅ，ＷＵＴ，Ｗｕｈａｎ４３００７０，Ｃｈｉｎ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殒０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
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＤｅｔｅｃｉｏｔｎ；ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌ；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ｌＯＯＧＨｚ（约０．８ｎｍ），而工作在Ｃ＋Ｌ波段的１６Ｏ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３Ｏ ℃激光器的寿命会降低一个数量级－－。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．温度控制系统原理如图１是一个典型的温度控制系统原理框图，传感器将测量到的实际温度值与设定温度值进行比较得出误差信号，误差信号送入控制器并驱动执行器对温度进行

一种半导体DFB激光器控制电路的设计

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。

一种半导体激光器的精密温度控制电路

关键词：电子技术；温度控制电路；半导体激光器；ＰＷＭ驱动方式
中图分类号：Ｔ４．Ｎ２８４文献标识码：Ａ
ＤｅｉｎＰｒｃｓｅｅａｕｅＣｏｔｏｒｕｔｆｒＬａｅｓｇｅｉｅＴｍｐｒｔｒｎｒｌＣｉｃｉｏｓｒ
Ａｂｓｒｃ：Ｌａｅｏｅｉｒａｌｎｌｅｃｄｂｅｅａｕｅ．ｆａｓａｌｕｐｔｗａｅｅｇｈｉｅｉｅｔｅｔａｔｓｒＤｉｄｓｇｅｔｙｉｆｕｎｅｙｔｍｐｒｔｒＩｔｂｅｏｔｕｖｌｎｔｓｒｑｕｒｄ，ｈ
ｔｌｒｃｒ，ｈｎａｈｇｃｕａｙＮｅａｉｅＴｍｐｒｔｒｏｆｃｅｔｒｓｓａｃ（Ｔ）ｏｉｅｉｈｒｌｒｌｏｅｔｅ，ｉｈａｃｒｃｇｔｅｅａｕｅＣｅｆｉｎｅｉｔｎｅＮＣｃｍｂｎｄｗｔＴｅｍａｏｅｖｉｈＥｅｔｎｃＣｏｅ（ＥＣｒｓｄＴｅＴＣｉｒｅｙＰｌｅＷｉｔｄｌｔｎＰｌｃｒｉｏｌｒｏＴ）ａｅｕｅ．ｈＥｓｄｉｎｂｕｓｄｈＭｏｕａｉ（ＷＭ）ａｄｒａｉｅｙＨ－ｖｏｎｅｌｄｂｚ
ｔｍｐｒｔｒｆｔｅＬｓｒＤｉｄｕｔｂｒｃｓｌｏｔｏｌｄｎｔｉａｅ，ｉｒｐｏｅｓｒｉａｅｓｃｎ— ｅｅａｕｅｏｈａｅｏｅｍｓｅｐｅｉｅｙｃｎｒｌｅ．Ｉｈｓｐｐｒａｍｃｏｒｃｓｏｓｔｋｎａｏ

半导体激光器温度自动控制

2 应用领域扩展
随着半导体激光器应用领域的不断扩展，温度自动控制系统也将面临更多的挑战。在医疗、汽车、航天和军事等领域，半导体激光器将有着更广泛的应用前景。
总结与展望
1 已取得的成果
温度自动控制系统在半导体激光器的研究和应用中具有至关重要的作用，它们提供了稳定和可靠的控制，使激光器能够在各种条件下实现更高的性能。
半导体激光器温度自动控制
半导体激光器温度自动控制是一种关键技术，可优化激光器性能和延长使用寿命。本文将解释其原理、性能影响、关键组成部分以及应用案例。
半导体激光器基础知识
半导体激光器原理
半导体激光器是一种由半导体材料制成的电子器件，能将电能转换成光能。它的激射原理与其他激光器不同，具有许多特殊性质。
• M. T. Asom, Introduction to Semiconductor Lasers for Optical Communications, Artech House (1994).
• B. Naglič, J. Stražar, Semiconductor laser temperature stabilization, Infrared Physics and Technology, Volume 43, Issue 4, 2002, Pages 241-248, ISSN 1350-4495.
执行器将控制信号转换为实际控制动作，如调节温度器或控制风扇的转速。
温度自动控制方法
1 开环控制
2 闭环控制
开环控制是最简单的温度控制方法，但缺乏反馈，无法应对环境和工作负载的变化。
3 PID控制
闭环控制通过反馈控制信号来纠正偏差，可以提供更准确和稳定的温度控制。

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半导体激光器自动温度控制电路设计
作者：赵京
来源：《电子世界》2013年第17期
【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）。

因此可以推测TEC致冷器在传递函数模型上类似于一阶惯性环节：，（为致热致冷效率，为时间常数），为了确定和，以某恒定电流作为TEC致冷器输入，并通过热敏电阻检测温度的变化，将采集到的温度与时间的关系通过计算机绘制得到相应的曲线。

以激光器FUJITSU的FLD5F6CXF为例，经过测量可取6秒，可取90，即1安培电流能获得的温差约为90℃。

由于TEC致冷器和温度传感器之间存在一定的距离，所以还需考虑这种距离带来的温度
延迟时间，被测的FUJITSU激光器的热延迟时间t大约为100毫秒左右，由于延迟的存在，相当于在控制回路中增加了一个延迟环节。

3.温度检测及放大电路
3.1 热敏电阻
3.2 直流电桥
5.温度控制电路设计总结
测试中分别采用了比例控制器、积分控制器和比例-积分控制器进行了试验，采用比例控制器系统的响应时间快，但稳定性很难控制；采用积分控制器系统稳定性相对于比例控制器有所提高，但是系统的响应时间将变得非常缓慢；采用比例-积分（PI）控制器系统响应时间有了很大改善，系统的的稳定性较好（图5为PI控制器上电阶跃响应实测图），对于一般的温控系统，这样的动态性能已能满足需求。

对于需要较快速响应的场合，可考虑采用比例-积分-微分（PID）控制器，通过增加微分环节来提高系统的瞬态响应。

另外，考虑到不同厂家不同型号或同一厂家不同型号的激光器在性能参数上都存在差异，以及放大电路的温度漂移、非线性等，这些都对温控电路参数有一定的影响，因此在实际应用中温度控制电路的各个参数需要根据所选用的激光器来选取，并结合仿真以及试验将参数调节到最佳值。

参考文献
[1]RICCI L.，WEIDEMuLLER M，ESSLINGER T，et a1.A compact grating-stabilized diode laser system for atomic physics[J].Optics Communications，1995，117：541-549.
[2]MISKOVICE Wavelength lockers keep lasers in line[J].Photonics Spectra，1999，2：104-110.
[3]ABEDINETAL K.S.Active stabilization of a higher-order mode-locker fiber laser operating at
a pulses-repetition rate of 154GHz[J].Optics Letter，2001，26（3）：151-153.
[4]吴仕平，陈军，蔡洁，刘二丽，刘庆.基于模糊PID的半导体激光器工作温度控制[J].光学仪器，2009，31（6）.
[5]胡寿松.自动控制原理[M].科学出版社，2012.
[6]康华光.电子技术基础（模拟部分）[M].高等教育出版社，2006.
作者简介：赵京，硕士，武汉理工大学华夏学院讲师，主要研究方向：检测技术与自动化装置、电子技术等。