用于窄线宽激光器的高精度温控系统设计

论文摘要

半导体激光器也称激光二极管(LD),由于它的波长范围宽、体积小、寿命长、光电效率高等优点,已被广泛应用于各个领域。但其对温度的变化非常敏感,如对一个780 nm的窄线宽DFB激光器而言,其自身线宽一般小于1 MHz,而温度每变化1 mK,所引起的频率变化约有30 MHz。为充分发挥激光器的性能,除了其自身结构及驱动电流外,一套性能优良的温控系统是必不可少的。虽然国外研制的激光温控性能优良,一小时的稳定性约为1 mK。但价格非常昂贵,采购周期长,并且体积大,不利于集成。而国内在该领域的研究相对较为落后,相关公司的温控产品一小时的温控稳定性大约在10 mK。因此,自主研制一小时稳定性小于1 mK的高精度温控系统具有重大的现实意义。本文首先根据该设计指标确定总体方案,由此得到各个模块具体的设计要求,接着进行了原理图的设计及元器件的选型,并对各个模块的性能进行了逐一验证,以确保硬件部分不会影响到最终的温控效果。尽管已经选用了低温漂低噪声器件,但部分模块还是无法满足系统噪声要求,在软件中加入对应的算法来减小硬件噪声的影响。在完成整个原理图设计后,还进行了详细的PCB单板设计,包括无源器件的选型、布局布线设计、散热设计、EMC/ESD设计等。之后对单板的各个模块逐一进行测试,与理论分析值能够基本吻合。并将该温控用于一台DBR半导体激光器,将PI参数调整至合适值,进行温控稳定性的测试,测试结果一小时的温控稳定性为1 mK。最后还自制了一款简易的恒流源给DBR供电使其自由运转,并将自由运转的DBR和另外一台已锁频的DBR进行拍频,精确测定其输出频率的变化,从而得到温控的实际效果,增强了数据的说服力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 激光器概述
•   1.2 半导体激光器的温度特性
•   1.3 国内外研究现状
•   1.4 本论文研究的内容及意义
• 第二章 激光器温控原理设计
•   2.1 半导体激光器控温总体方案设计
•   2.2 半导体激光器测温模块设计
•   2.3 A/D数据采集模块设计
•   2.4 TEC恒流驱动电路设计
•   2.5 PID控制设计
•   2.6 系统硬件及整机设计
•   2.7 显示界面及程序设计
• 第三章 硬件测试及误差分析
•   3.1 测温系统测试及误差分析
•   3.2 A/D采集噪声测试
•   3.3 整体温控效果测试
• 第四章 激光器实际工作性能测试
•   4.1 半导体激光器恒流驱动源设计及测试
•   4.2 半导体激光器测试及拍频光路设计
•   4.3 拍频测试结果及误差分析
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
•   1 作者简历
•   2 攻读博士/硕士学位期间发表的学术论文
•   3 参与的科研项目及获奖情况
•   4 发明专利
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 罗顺烨

导师: 童建平,戴增权

关键词: 半导体激光器,温度控制器,热电制冷器,控制

来源: 浙江工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,自动化技术

单位: 浙江工业大学

分类号: TN248;TP273

DOI: 10.27463/d.cnki.gzgyu.2019.001009

总页数: 66

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