連續可調恒流的半導體激光器恒溫控制

郝震 南京諾派激光技術有限公司

一、激光器恒溫控制技術分析及其發展現狀

關于半導體激光器控制，工作人員可以從LD 器件入手，利用其較高的量子效率，深入分析電力與溫度變化與光功率輸出之間的關系，從而發現其中問題，提出解決措施。作為一種應用技術，LD 需要具有較強的穩定性，這主要是由于驅動電流產生的波動會影響激光強度噪聲，更會拓寬輸出波長光譜線寬，因此，工作人員要結合激光器的實際情況，選擇能夠滿足其運行需求的電力源。LD 對溫度極為敏感，環境中的溫度變化會引起電力的供給波動，促使激光器的輸出功率發生較大的變化。

隨著現代社會科學技術的不斷發展，現如今生產LD 器件的公司不僅有ILXlight 公司，還有Thorlabs 公司與Wavelength 公司，其中Thorlabs 公司的產品綜合性能指標標準較高、Wavelength 公司主要產品為連續電力的LD 器件。相關工作人員將恒流驅動與恒功率驅動融合設計，促使用戶能夠結合自身實際需求，優化設計恒流或者恒功率部分的運行方式。

二、連續可調恒流的半導體激光器恒溫控制設計及應用

（一）把握半導體激光器的溫度特征

在連續可調恒流的半導體激光器恒溫控制系統的設計與應用過程中，工作人員要綜合考慮半導體激光器的效率標準，且考慮到其會受到各種非輻射的影響，產生損耗，比如：自由載流吸收、符合損耗等。由于各種外界因素的影響，半導體激光器的微分量子效率只能發揮出25%-30%的水平，這就相當于部分輸入的電功率會轉化成為熱量，引起半導體激光器溫度的提升。基于此，工作人員要把握半導體激光器的溫度變化原理，考慮到溫度變化對于閾值電力的影響、考慮溫度變化對于激光器正向壓降的影響、考慮溫度變化對于輸出波長的影響。

（二）安裝相應傳感器

在連續可調恒流的半導體激光器恒溫控制系統的設計與應用過程中，工作人員可以在已經把握溫度特征的基礎上，安裝相應的溫度傳感器，實時監控激光器的溫度變化，及時解決溫度提升的問題，以此實現恒溫控制目的。工作人員利用熱敏電阻，將其安裝在工作區域的兩端，監測溫度變化，若溫度低于Tp1 值，則溫度靈敏度較低，若溫度高于Tp2 值，則電阻值會隨著溫度的不斷提升而發生變化。工作人員要充分發揮熱敏電阻的應用優勢，把握溫度與電阻值曲線變化關系，從而控制激光器的溫度，構建連續可調的恒溫控制器系統。

（三）利用控制算法

在連續可調恒流的半導體激光器恒溫控制系統的設計與應用過程中，工作人員要引進相應的控制算法，比如：PID 控制算法。在PID控制算法的應用過程中，可以發現，這一算法具有明顯典型的結構，便于帶入數據計算，參數整定比較方便，結構調整靈活，能夠基本滿足溫度控制要求。工作人員可以結合具體的半導體激光器恒溫控制系統，運用PID 控制規律，設計PID 控制器，明確線性函數變化，優化微分與積分之間的線性組合，形成控制量，以此實現控制目的。工作人員還要利用比例控制法，盡可能的減小誤差，保證運行狀態穩定，優化控制效果。

（四）安裝智能系統

在連續可調恒流的半導體激光器恒溫控制系統的應用過程中，工作人員可以引進智能系統，實現恒溫控制系統的智能化運行。近兩年，我國單片機技術不斷發展，被廣泛運用于各個領域中，改變了人們的日常生活。工作人員可以引進小型嵌入式單片機應用系統，模擬系統指令，同時進行多種運算，提高處理效率。工作人員還要利用單片機系統的集成性能，設計安裝精密比較器、USART 模塊、A/D 轉換模塊、看門狗定時器、大容量存儲器等，促使單片機能夠充分滿足控制系統的運行需求。

（五）設計抗干擾功能

在連續可調恒流的半導體激光器恒溫控制系統的應用過程中，還要在系統中融入抗干擾功能，有效降低半導體激光器的運行波動，提高整體性能。若半導體激光器的CPU 受到干擾，則會收到錯誤的數據，促使運算結果產生偏差，形成一系列的運行指令錯誤，不利于維護激光器運行穩定性。因此，工作人員可以適當引進指令冗余法與軟件陷阱法，還可以利用上述文章中提到的“看門狗技術”；其中指令冗余法就是設置單字節指令，或者重復書寫單字節指令，從而降低錯誤幾率；軟件陷阱就是指在非程序區域設置一段攔截指令，促使程度能夠在運行錯誤時進入陷阱。

結語

綜上所述，工作人員要想提高半導體激光器的整體運行水平，提高其運行效率，充分發揮其應用價值，就要優化設計控制器，重點進行激光驅動與恒溫控制設計，從而維護半導體激光器的穩定、可靠運行。在實際設計與運用過程中，工作人員要把握半導體激光器的溫度特征；還要結合實際情況，選擇并且安裝相應的傳感器與智能系統；安裝抗干擾設備，以此強化半導體激光器的綜合性能。