DFB激光器饱和吸收稳频的精密温控系统设计
发布时间：2022-01-06 06:25
相对于外腔半导体激光器,分布式反馈（Distributed Feedback Laser,DFB）激光器的温调率较高,为实现饱和吸收稳频,需要对激光器温度进行精密控制。分析了饱和吸收稳频系统的控温需求,基于MAX1978芯片设计了精密温控系统;利用恒流源对测温电桥电路进行了线性优化,利用遗传算法对模拟PID电路参数进行快速整定,系统最终实现0.2mK的控温稳定度,比同类设计的稳定度高1～2个数量级,解决了饱和吸收谱线明显晃动的问题,具有广阔的应用前景。
【文章来源】：半导体光电. 2020,41(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
饱和吸收谱
温控系统原理框图如图2所示，实验选用的激光器内部封装了热敏电阻和半导体制冷器（Thermo Electric Cooler,TEC），其中，热敏电阻作为测温元件，TEC作为温度补偿元件。热敏电阻实时检测当前温度，并与目标温度比较，将得到的温差信号作为误差信号输入PID补偿电路；PID补偿电路输出控制信号调整PWM控制器，驱动TEC实现加热或制冷，反馈调整当前温度并最终实现温度稳定。常见的基于TEC控温的实现方式有两种，一种是采用分立元件实现，另一种是采用专用的集成芯片实现。前者较为繁琐，调试困难；后者操作简单，集成度高，性能更稳定，因此本文选用专用的TEC控温芯片。常见的TEC控温芯片[7]如表1所示。
综合上述芯片特点，MAX1978芯片高度定制，可提供最高为±3V的TEC双向电压来实现TEC的制冷或加热，其需要外接的电路少、简单实用、控温精度高、效率高[8]，因此本文选用MAX1978芯片来设计精密控温系统。电路框图如图3所示，TEC的两端分别接在OS1和OS2引脚处；热敏电阻Rt一端接FB-引脚，另一端接地。温度变化时测温电桥失衡，电桥两臂的压差信号经差分放大50倍后输入PID补偿电路；PID补偿电路输出的控制信号通过CTLI引脚进入PWM控制器，进而调整流入TEC电流的大小和方向，最终实现温度校正。测温电路和PID补偿网络是本系统的设计重点，后文将进行详细介绍。2 基于线性化电桥的测温电路
本文编号：3571919
【文章来源】：半导体光电. 2020,41(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
饱和吸收谱
温控系统原理框图如图2所示，实验选用的激光器内部封装了热敏电阻和半导体制冷器（Thermo Electric Cooler,TEC），其中，热敏电阻作为测温元件，TEC作为温度补偿元件。热敏电阻实时检测当前温度，并与目标温度比较，将得到的温差信号作为误差信号输入PID补偿电路；PID补偿电路输出控制信号调整PWM控制器，驱动TEC实现加热或制冷，反馈调整当前温度并最终实现温度稳定。常见的基于TEC控温的实现方式有两种，一种是采用分立元件实现，另一种是采用专用的集成芯片实现。前者较为繁琐，调试困难；后者操作简单，集成度高，性能更稳定，因此本文选用专用的TEC控温芯片。常见的TEC控温芯片[7]如表1所示。
综合上述芯片特点，MAX1978芯片高度定制，可提供最高为±3V的TEC双向电压来实现TEC的制冷或加热，其需要外接的电路少、简单实用、控温精度高、效率高[8]，因此本文选用MAX1978芯片来设计精密控温系统。电路框图如图3所示，TEC的两端分别接在OS1和OS2引脚处；热敏电阻Rt一端接FB-引脚，另一端接地。温度变化时测温电桥失衡，电桥两臂的压差信号经差分放大50倍后输入PID补偿电路；PID补偿电路输出的控制信号通过CTLI引脚进入PWM控制器，进而调整流入TEC电流的大小和方向，最终实现温度校正。测温电路和PID补偿网络是本系统的设计重点，后文将进行详细介绍。2 基于线性化电桥的测温电路
本文编号：3571919
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