大功率半导体激光器温控系统设计
发布时间：2021-08-24 05:49
随着半导体技术的迅猛发展,市面上的半导体激光器越来越多。它具有尺寸小、效率高、功耗低、可靠性好、使用寿命长的特点,因此被广泛应用于国防、通信等各个领域。半导体激光器是非线性原件,受温度影响较大,是一种极其敏感的器件[2]。半导体激光器的阈值电流、输出光功率和发射波长都很容易受到温度的影响。所以在使用半导体激光器时,都会对其工作温度进行控制,使其工作在最佳温度,以保证半导体激光器能够正常工作。目前,现有的激光器温度控制系统体积较大而且购买价格相对比较昂贵。因此,设计半导体激光器的温度控制系统十分必要。本论文是对应用在激光光源上的半导体激光器的工作温度进行控制。本文设计了以STM32为主控制核心的半导体激光器温度控制系统,文章分为五大部分,分别为大功率半导体温控系统方案设计、系统硬件电路设计、系统测控方法设计、系统软件设计、系统测试与结论。本文通过控制压缩机和轴流风扇的转速来控制半导体激光器的工作温度。本文中的控制核心采用意法半导体公司的STM32F103VET6。对于不同位置的温度采集使用不同的温度传感器,采集到的温度分别作为微型压缩机控制系统和轴流风扇控制系统的反...
【文章来源】：长江大学湖北省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体激光器的输出光功率与电流关系曲线图（25℃）
图 2-2 半导体激光器伏安特性图（25°C） Volt-ampere characteristic diagram of semicond器的温度特性于存在损耗机制，如自由载流子吸收、率只能达到 20%～30%，很大一部分注器的工作温度上升[41]。温度会影响半导波长和使用寿命等。一般情况，半导体为 0.2～0.3nm/℃，会影响到颜色的鲜 1℃，半导体激光器发光强度减少 1％出光功率的降低又导致半导体激光器发升高不仅使阈值电流增大，也直接影响流增加，致使阈值电流密度增大；温度高会使激光器的寿命缩短甚至终止。的影响
图 2-3 阈值电流与温度的关系 Figure 2-3 The relationship between threshold current and tempera明，半导体激光器的阈值电流密度 Jth与温度 T 的关系为：JthT = JthT0exp 0最 JthT0常温下的阈值电流密度，为常数，根据激光器的不导体激光器的特征温度，用来表示阈值电流对温度的敏感光器材料和结构有关。由上式可看出，阈值电流密度随温度器性能越稳定[32]。输出光功率的影响输出光功率的影响也很大，温度升高，会导致结温升高，功率满足[11]：P = 706.67 0.209T 0.03409T2
【参考文献】：
期刊论文
[1]砷化镓基近红外大功率半导体激光器的发展及应用[J]. 袁庆贺,井红旗,张秋月,仲莉,刘素平,马骁宇. 激光与光电子学进展. 2019(04)
[2]基于RS-485的施耐德PLC与智能仪表串行通讯[J]. 闫友可. 制造业自动化. 2018(11)
[3]半导体激光器温度控制综述[J]. 王忠康,殷冬冬,朱修超. 山东工业技术. 2018(19)
[4]燃气热水器直流风机控制技术的研究[J]. 林锐勤. 日用电器. 2018(08)
[5]Smith PID算法在恒压供水中的应用[J]. 李明珠,占永宁,张守兴. 电脑知识与技术. 2018(22)
[6]半导体激光器的最新进展及应用现状[J]. 常坤. 电子技术与软件工程. 2018(10)
[7]基于PT100的高精度温度测量电路的设计[J]. 顾吉林,刘淼,耿杨,汤宏山,王聆语,于月,吴茜. 测控技术. 2018(05)
[8]基于TEC的高精度温控系统设计[J]. 吴俊,李长俊. 电子设计工程. 2017(20)
[9]集成温度传感器AD590在粮仓温度检测中的应用研究[J]. 周福恩. 福建电脑. 2017(08)
[10]大功率激光器及其发展[J]. 王狮凌,房丰洲. 激光与光电子学进展. 2017(09)
硕士论文
[1]集中供热区域公共建筑节能控制系统研究与开发[D]. 阚盼盼.新疆大学 2018
[2]半导体激光器驱动源及温度稳定系统[D]. 张震.山东师范大学 2018
[3]基于DSP的某激光器温度控制系统设计与研究[D]. 卢燕.西南交通大学 2018
[4]基于STM32的平流泵测控系统设计[D]. 秦德仪.长江大学 2018
[5]LD激光投影光源驱动系统设计[D]. 陈仁泽.长江大学 2018
[6]激光扫描系统的闭环控制技术研究[D]. 李宁.西安电子科技大学 2018
[7]稀土掺杂玻璃2-3μm近中红外光致发光增强机理研究[D]. 黄薄.湘潭大学 2018
[8]基于北斗的物流监测仪的设计与实现[D]. 提建宇.吉林大学 2017
[9]基于STM32微控制器的自由感应加热控制技术研究[D]. 曹稳坤.电子科技大学 2016
[10]激光投影仪中半导体激光器电源系统的研制[D]. 李江澜.中北大学 2014
本文编号：3359405
【文章来源】：长江大学湖北省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体激光器的输出光功率与电流关系曲线图（25℃）
图 2-2 半导体激光器伏安特性图（25°C） Volt-ampere characteristic diagram of semicond器的温度特性于存在损耗机制，如自由载流子吸收、率只能达到 20%～30%，很大一部分注器的工作温度上升[41]。温度会影响半导波长和使用寿命等。一般情况，半导体为 0.2～0.3nm/℃，会影响到颜色的鲜 1℃，半导体激光器发光强度减少 1％出光功率的降低又导致半导体激光器发升高不仅使阈值电流增大，也直接影响流增加，致使阈值电流密度增大；温度高会使激光器的寿命缩短甚至终止。的影响
图 2-3 阈值电流与温度的关系 Figure 2-3 The relationship between threshold current and tempera明，半导体激光器的阈值电流密度 Jth与温度 T 的关系为：JthT = JthT0exp 0最 JthT0常温下的阈值电流密度，为常数，根据激光器的不导体激光器的特征温度，用来表示阈值电流对温度的敏感光器材料和结构有关。由上式可看出，阈值电流密度随温度器性能越稳定[32]。输出光功率的影响输出光功率的影响也很大，温度升高，会导致结温升高，功率满足[11]：P = 706.67 0.209T 0.03409T2
【参考文献】：
期刊论文
[1]砷化镓基近红外大功率半导体激光器的发展及应用[J]. 袁庆贺,井红旗,张秋月,仲莉,刘素平,马骁宇. 激光与光电子学进展. 2019(04)
[2]基于RS-485的施耐德PLC与智能仪表串行通讯[J]. 闫友可. 制造业自动化. 2018(11)
[3]半导体激光器温度控制综述[J]. 王忠康,殷冬冬,朱修超. 山东工业技术. 2018(19)
[4]燃气热水器直流风机控制技术的研究[J]. 林锐勤. 日用电器. 2018(08)
[5]Smith PID算法在恒压供水中的应用[J]. 李明珠,占永宁,张守兴. 电脑知识与技术. 2018(22)
[6]半导体激光器的最新进展及应用现状[J]. 常坤. 电子技术与软件工程. 2018(10)
[7]基于PT100的高精度温度测量电路的设计[J]. 顾吉林,刘淼,耿杨,汤宏山,王聆语,于月,吴茜. 测控技术. 2018(05)
[8]基于TEC的高精度温控系统设计[J]. 吴俊,李长俊. 电子设计工程. 2017(20)
[9]集成温度传感器AD590在粮仓温度检测中的应用研究[J]. 周福恩. 福建电脑. 2017(08)
[10]大功率激光器及其发展[J]. 王狮凌,房丰洲. 激光与光电子学进展. 2017(09)
硕士论文
[1]集中供热区域公共建筑节能控制系统研究与开发[D]. 阚盼盼.新疆大学 2018
[2]半导体激光器驱动源及温度稳定系统[D]. 张震.山东师范大学 2018
[3]基于DSP的某激光器温度控制系统设计与研究[D]. 卢燕.西南交通大学 2018
[4]基于STM32的平流泵测控系统设计[D]. 秦德仪.长江大学 2018
[5]LD激光投影光源驱动系统设计[D]. 陈仁泽.长江大学 2018
[6]激光扫描系统的闭环控制技术研究[D]. 李宁.西安电子科技大学 2018
[7]稀土掺杂玻璃2-3μm近中红外光致发光增强机理研究[D]. 黄薄.湘潭大学 2018
[8]基于北斗的物流监测仪的设计与实现[D]. 提建宇.吉林大学 2017
[9]基于STM32微控制器的自由感应加热控制技术研究[D]. 曹稳坤.电子科技大学 2016
[10]激光投影仪中半导体激光器电源系统的研制[D]. 李江澜.中北大学 2014
本文编号：3359405
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