连续可调恒流的半导体激光器恒温控制

郝震 南京诺派激光技术有限公司

一、激光器恒温控制技术分析及其发展现状

关于半导体激光器控制，工作人员可以从LD 器件入手，利用其较高的量子效率，深入分析电力与温度变化与光功率输出之间的关系，从而发现其中问题，提出解决措施。作为一种应用技术，LD 需要具有较强的稳定性，这主要是由于驱动电流产生的波动会影响激光强度噪声，更会拓宽输出波长光谱线宽，因此，工作人员要结合激光器的实际情况，选择能够满足其运行需求的电力源。LD 对温度极为敏感，环境中的温度变化会引起电力的供给波动，促使激光器的输出功率发生较大的变化。

随着现代社会科学技术的不断发展，现如今生产LD 器件的公司不仅有ILXlight 公司，还有Thorlabs 公司与Wavelength 公司，其中Thorlabs 公司的产品综合性能指标标准较高、Wavelength 公司主要产品为连续电力的LD 器件。相关工作人员将恒流驱动与恒功率驱动融合设计，促使用户能够结合自身实际需求，优化设计恒流或者恒功率部分的运行方式。

二、连续可调恒流的半导体激光器恒温控制设计及应用

（一）把握半导体激光器的温度特征

在连续可调恒流的半导体激光器恒温控制系统的设计与应用过程中，工作人员要综合考虑半导体激光器的效率标准，且考虑到其会受到各种非辐射的影响，产生损耗，比如：自由载流吸收、符合损耗等。由于各种外界因素的影响，半导体激光器的微分量子效率只能发挥出25%-30%的水平，这就相当于部分输入的电功率会转化成为热量，引起半导体激光器温度的提升。基于此，工作人员要把握半导体激光器的温度变化原理，考虑到温度变化对于阈值电力的影响、考虑温度变化对于激光器正向压降的影响、考虑温度变化对于输出波长的影响。

（二）安装相应传感器

在连续可调恒流的半导体激光器恒温控制系统的设计与应用过程中，工作人员可以在已经把握温度特征的基础上，安装相应的温度传感器，实时监控激光器的温度变化，及时解决温度提升的问题，以此实现恒温控制目的。工作人员利用热敏电阻，将其安装在工作区域的两端，监测温度变化，若温度低于Tp1 值，则温度灵敏度较低，若温度高于Tp2 值，则电阻值会随着温度的不断提升而发生变化。工作人员要充分发挥热敏电阻的应用优势，把握温度与电阻值曲线变化关系，从而控制激光器的温度，构建连续可调的恒温控制器系统。

（三）利用控制算法

在连续可调恒流的半导体激光器恒温控制系统的设计与应用过程中，工作人员要引进相应的控制算法，比如：PID 控制算法。在PID控制算法的应用过程中，可以发现，这一算法具有明显典型的结构，便于带入数据计算，参数整定比较方便，结构调整灵活，能够基本满足温度控制要求。工作人员可以结合具体的半导体激光器恒温控制系统，运用PID 控制规律，设计PID 控制器，明确线性函数变化，优化微分与积分之间的线性组合，形成控制量，以此实现控制目的。工作人员还要利用比例控制法，尽可能的减小误差，保证运行状态稳定，优化控制效果。

（四）安装智能系统

在连续可调恒流的半导体激光器恒温控制系统的应用过程中，工作人员可以引进智能系统，实现恒温控制系统的智能化运行。近两年，我国单片机技术不断发展，被广泛运用于各个领域中，改变了人们的日常生活。工作人员可以引进小型嵌入式单片机应用系统，模拟系统指令，同时进行多种运算，提高处理效率。工作人员还要利用单片机系统的集成性能，设计安装精密比较器、USART 模块、A/D 转换模块、看门狗定时器、大容量存储器等，促使单片机能够充分满足控制系统的运行需求。

（五）设计抗干扰功能

在连续可调恒流的半导体激光器恒温控制系统的应用过程中，还要在系统中融入抗干扰功能，有效降低半导体激光器的运行波动，提高整体性能。若半导体激光器的CPU 受到干扰，则会收到错误的数据，促使运算结果产生偏差，形成一系列的运行指令错误，不利于维护激光器运行稳定性。因此，工作人员可以适当引进指令冗余法与软件陷阱法，还可以利用上述文章中提到的“看门狗技术”；其中指令冗余法就是设置单字节指令，或者重复书写单字节指令，从而降低错误几率；软件陷阱就是指在非程序区域设置一段拦截指令，促使程度能够在运行错误时进入陷阱。

结语

综上所述，工作人员要想提高半导体激光器的整体运行水平，提高其运行效率，充分发挥其应用价值，就要优化设计控制器，重点进行激光驱动与恒温控制设计，从而维护半导体激光器的稳定、可靠运行。在实际设计与运用过程中，工作人员要把握半导体激光器的温度特征；还要结合实际情况，选择并且安装相应的传感器与智能系统；安装抗干扰设备，以此强化半导体激光器的综合性能。