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高精度温控半导体激光器驱动系统

朱琳  
【摘要】: 本文详细介绍了半导体激光器的工作原理及特性,在此基础上提出并设计了一种针对脉冲式半导体激光器的驱动源。该脉冲驱动源主要由超短脉冲发生模块与精密温度控制模块构成。该驱动源能在为导体激光器提供大电流、窄脉冲驱动的同时,稳定激光器的波长,保证激光器的安全工作。 在对比了多种脉冲产生方法之后,确定了由雪崩管作为超短脉冲发生模块主要元件的方案。设计选择了Zetex公司生产的专用雪崩管FMMT417作为窄脉冲产生模块的核心器件。脉冲产生模块由触发脉冲级、雪崩管窄脉冲产生级组成。触发脉冲级由集成元件作为脉冲的产生与整形电路,经由一级单管雪崩级电路后,送入纳秒Marx Bank雪崩电路,形成了实际输出幅度为1.35KV,脉冲宽度为1.85ns、峰值电流达到27A的大电流、窄脉冲。该电路具有脉冲上升时间短,幅度大、脉宽窄、频率可调等特点。 半导体温度控制模块是本设计的重点,主要分为温度传感器采样电路、温度控制与TEC驱动电路组成。温度传感器采用负温度系数热敏电阻,进行温度的采样。温度控制电路方面采用STC12C5410AD单片机作为主控芯片,进行A/D转换取得热敏电阻传递的采样温度,同时运用软件编程实现用增量式PID算法输出控制量控制PWM。通过PWM控制功率开关器件MOSFET的通断来实现对通过半导体制冷器的平均电流的调节,从而实现精确的温度控制,稳定半导体激光器的温度。温控模块能通过LCD、键盘、RS232接口来实现对恒温温度的设置,并能够通过对系统上下限报警温度的设置,实现对半导体激光器异常工作状态的报警。经实验测定,温控系统的控制精度达到了±0.1℃。 本论文设计的半导体激光器脉冲驱动源系统产生的脉冲电流大、幅值高且脉宽窄;温控系统控制精度高,且能实现实时温度控制。且温控模块通过PWM与功率开关器件的配合控制TEC上的电流,省去了D/A芯片,节省了系统的成本。 本论文设计的整个系统的元器件均为常用元器件,且价格便宜、小型化。非常适合学校等科研机构的研究和使用。


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