雙通道分布反饋式激光器溫度控制儀的研制

◎王研 李彬 冀楠

研制了基于分布反饋式激光器的溫度控制電路，用于實現激光器的恒溫控制。激光器在恒溫控制下，可以實現輸出波長的穩定性。電路中使用AND8831作為TEC控制器，實驗結果驗證了研制電路的穩定性，并通過光譜測試，驗證了溫度控制的有效性和可靠性，研究成果能夠為分布反饋式激光器領域的應用提供參考。

引言：近年來，分布反饋式激光器（Distributed Feedback，DFB）在光纖通信、光電檢測領域得到長足的發展。溫度對激光器的工作特性至關重要，基于激光器的內部結構，波長隨光柵反射區折射率的改變而發生變化。在注入電流一定時，通過調諧溫度可以改變DFB激光器的光柵周期及有效折射率，進而改變其輸出波長。另外，當激光器溫度變化而注入電流不變時，還會引起光功率的變化。在進行氣體檢測時，必須對激光器溫度進行定點恒溫控制，否則環境溫度變化及工作時激光器內部產生的熱量會使得激光器輸出中心波長漂移。綜上所述，高性能的激光器溫控系統對提高檢測精度十分重要。

因此本文針對分布反饋式激光器開展相關測試實驗，并通過自主研制電路的方法，設計并制作分布反饋式激光器溫度控制電路，為光電檢測領域的工作提供參考。

一、設計方案與器件選型

目前，溫度控制電路有兩種設計方法，一種是使用分立電子元件設計溫控電路，另一種是使用集成芯片設計溫控電路。使用分立元件設計電路的成本較低，但電路體積較大，且由于電子元件過多，電路功耗和故障率難以得到保障。使用高集成度的專用激光器溫度控制芯片，可以提高溫控電路的穩定性和控制精度。根據溫度自動調節的方式，激光器溫度控制芯片可分為數字PID算法、模擬PID算法兩種，以數字PID算法為代表的有Maxim Integrated公司的MAX1968等，以模擬PID算法為代表的有ADI（Analog Devices，Inc。）公司的ADN8830、ADN8831等。基于模擬PID算法的溫度控制電路響應速度快、溫度控制精度高，且不需要占用大量的軟件資源。系統中采用美國ADI公司的ADN8831芯片對激光器溫度進行控制。ADN8831是一款高性能的TEC控制芯片，具有出色的溫度控制分辨率，控制精度可以達到0。01℃，芯片內部集成了兩個具有自歸零、自校準、低溫飄的高精度放大器（chop1，chop2），用于溫度監測和熱環路補償。芯片體積較小，封裝形式為5 mm×5 mm 32-lead LFCSP。

圖1 ADN8831激光器溫度控制電路原理圖

二、光譜測試

圖2（a）中，CO激光器的溫度恒溫控制在45℃，改變激光器的注入電流并對光譜進行測試，電流變化范圍為40～80 mA，如圖可見，當溫度一定時，激光器的中心波長隨電流的升高而加大，而且光強變化受電流影響很大，注入電流增加時光強明顯增強。根據光譜測試，CO激光器的電流調諧系數為0.00663 nm/mA（T=45℃）。圖2（b）中，CH4激光器的溫度恒溫控制在25℃，同樣，調節驅動電流的大小并對光譜進行測試，如圖可見，CH4激光器的電流調諧系數為0.00140 nm/mA（T=25℃）。

結論：本文研制了基于分布反饋式激光器的溫度控制電路，并開展了光譜測試實驗。通過實驗驗證了電路的有效性，研究成果可進一步優化，為低成本、高可靠性的激光器驅動方案提供參考設計。