半导体激光器驱动及温控系统研究

摘 要：体积小、重量轻、稳定性高的特点，使半导体激光驱动器在许多领域都有广泛的应用，而且在未来仍具有突出的发展前景。本文就半导体激光器驱动及温控系统进行研究，首先介绍了半导体激光器恒流驱动的整体设计以及驱动电路设计，再针对温控系统的系统方案设计和温控硬件系统设计进行简要介绍。

关键词：半导体激光器；驱动系统；温控系统

随着科技水平以及科学期间的发展，半导体物理学也得到了质的发展，并孕育了半导体激光器[1]。半导体激光器具有体积小、重量轻、能耗低、效率高、可靠性强的特点，半导体激光器的问世极大的推动了电子科技的发展，并且广泛应用于测距、雷达、通信等多领域的模拟数字器件集成中，极大降低硬件和元器件电路的成本。文章就半导体激光器驱动和温控系统进行研究。

1 半导体激光器恒流驱动设计

1.1 整体设计

半导体激光器驱动的整体设计如图1，半导体激光器驱动整体系统包括单片机控制模块、系统电源模块、恒流源和温控模块、等等几个主要组成部分。在半导体激光器运行中，注入的电流与器件温度有密切的关系。注入的电流越大，器件的温度也会越高[2]。当激光器器件的温度升高，激光器输出电流的功率以及波长又会受到温度的影响。因此，半导体激光器的驱动系统必须协调恒流模块和温控模块两部分的关系，确保两个模块在半导体激光器运行过程中能够同时工作，而且两个模块会相互配合，共同实现控制工作。

1.2 驱动电路设计

驱动电路设计有时序产生电路设计、脉冲产生电路设计以及开关电路设计三种。在激光探测技术中，由于探测信号需要遵循探测系统的时序求求才能发送，因此需要采用时序信号控制。当前激光探测系统中，一类由时序电路自身产生，另一类则有外部输入时钟进行分频或倍频产生。脉冲产生电路设计则是由于电路要求前一级电路需要具备较强的驱动能力，因此脉冲产生电路的要求为能够产生开关连读所需的激励信号，而且电路输出端的驱动必须具备较高的能力。开关电路有开关器件、充电元件以及其他的电阻电容等诸多元件组成。半导体激光器驱动电路使用的开关电器可分为双极性高额大功率晶体管、晶体闸流管电流两种，双极性高频大功率晶体管的电路较为复杂，因而应用较少。而晶体闸流管的电路简单，使用于激光器，但是开关速度对其限制较大。

2 半导体激光器温控系统设计

2.1 半导体激光温控系统方案

2.1.1 半导体激光器温度控制系统方案

依据控制原理以及组成结构，经典温控系统可分为开环控制系统、闭环控制系统以及复合控制系统三种。开环控制系统是指控制器和被控对象的单项控制过程，即只有输入才能控制系统输出，因此开环控制系统控制的精确度不高，抗干扰性较差。开环控制系统依据顺序控制系统控制输入装置、检测元件、执行机构和被控对象，即依据时序进行逻辑控制。因此，开环控制系统应用的测量过程的控制具有精准对要求低、控制点少且易取得数量的特点。

2.1.2 闭环控制系统

闭环控制系统是建立在反馈原理基础上的控制系统，而且它依照偏差进行控制，因此闭环控制系统也被称为反馈控制系统。和开环控制系统相比，闭环控制系统不仅具有正向作用，闭环控制系统还具有反馈作用。即系统输出量可直接影响控制量。闭环控制系统将负反馈控制系统引入反馈控制系统中，不仅可以有效减少系统产生的偏差，而且控制的精度和范围也得到极大的提升[3]。因此，半导体激光器温控系统多采用闭环负反馈控制系统结构。当控制器处理系统输出与输出的偏差量后，输出的控制量调节被控对象的问题，而且被控对象的温度被实时反馈到偏差量，从而达到实时、精准控制被控对象温度的目的。

2.2 半导体激光器温度控制系统的硬件设计

温控系统的硬件系统包括温度检测采集、微控制器、键盘设定、存储卡、温度控制机处理、键盘处理等多个模块[4]。硬件系统工作过程：温度传感器测量被控对象的问题，再将测量结果转换为既定的数字信号并传递至温度检测采集模块，由温度检测采集模块处理转换信号。LCD显示屏也同时显示被控对象的测量温度，并将处理的信号传输至微处理器上，通过既定的算法计算、调整等步骤，使信号成为温度执行数据。最后，温度执行数据被传送至执行模块内，完成加热被控对象，获奖被控对象降温。存储模块不仅可以存放即时文件，还能系统运行时产生的所有数据，以便进一步分析控制结果。此外，温控硬件模块控制系统还具备一定的安全报警功能，对被控对象出现过亚、超温等问题，系统会自动发出警报。

3 结语

随着数据信号处理技术的进步，基于数字信号处理的半导体激光器设计在未来发展中具极大前景，凭借数字信号处理强大的运算能力，可以改进当前半导体激光器中数字适应性差和运算能力低下的问题，提高工作运行的稳定性和可靠性。

[参考文献]

[1]张悦玲，杨绍岩，张晓娟.基于MSP430F449的半导体激光器温控系统设计[J].光电技术应用.2012，（03）.

[2]周冠军，张雪松，蔡军，杨海波.高温环境下高功率半导体激光器驱动电源设计[J].光电技术应用.2012，（05）.

[3]张晶，刘东明.半导体激光器驱动电路的计算机仿真分析[J].计算机仿真.2009，（12）.

[4]丛梦龙，李黎，崔艳松，张真骞，王一丁.控制半导体激光器的高稳定度数字化驱动电源的设计[J].光学精密工程.2010，（07）.