半導(dǎo)體激光器溫控方法

 

　　溫度對(duì)半導(dǎo)體激光器的工作特性有很大的影響,所以對(duì)于半導(dǎo)體激光器溫度控制的精度、響應(yīng)速度要求都比較高。雖然人們已經(jīng)提出了很多控制方法,并且在個(gè)別場(chǎng)合已有應(yīng)用,但是要實(shí)現(xiàn)精度、更快響應(yīng)速度的控制還有很多需要解決。本文對(duì)近幾年有關(guān)半導(dǎo)體激光器溫度控制的方法,及一些改進(jìn)措施進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹,以供從事半導(dǎo)體激光器溫度控制研究的人員參考。

 

　　關(guān)鍵詞：溫度控制;半導(dǎo)體激光器;PID控制;模糊控制;

 

　　一、引言

 

　　半導(dǎo)體激光器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,具有很好的應(yīng)用前景。但是半導(dǎo)體激光器的閾值電流、輸出功率和輸出光波長(zhǎng)都很容易受到溫度的影響[1-2],所以,半導(dǎo)體激光器的使用一般都伴隨著對(duì)其溫度的控制。就目前諸文獻(xiàn)顯示表明,對(duì)半導(dǎo)體激光器的溫度控制一般使用的執(zhí)行器件是半導(dǎo)體制冷器(TEC)[3],半導(dǎo)體制冷器是一種集制冷與制熱于一體的電流驅(qū)動(dòng)溫度控制裝置。對(duì)于半導(dǎo)體激光器的溫度控制就是實(shí)現(xiàn)對(duì)TEC的精確控制。

 

　　二、PID溫度控制方法

 

　　半導(dǎo)體激光器溫度控制使用最廣泛的控制方法就是PID控制。PID控制是比例、積分、微分控制的簡(jiǎn)稱。它是一種線性控制器,根據(jù)給定值和實(shí)際輸出值構(gòu)成控制偏差,將偏差按比例、積分和微分通過線性組合構(gòu)成控制量,對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。其數(shù)學(xué)模型可由下式表示[4]：

 

　　控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1[5]：

 

　　圖1 PID控制結(jié)構(gòu)圖

 

　　文獻(xiàn)[6]中選用ADI公司的TEC專用控制器ADN8830和TI公司生產(chǎn)的32位定點(diǎn)DSP芯片TMS320F2812分別做為主控芯片,來實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體激光器PID溫度控制,并進(jìn)行了對(duì)比。兩種溫度控制方法的精度都可達(dá)到±0.125℃,但基于TMS320F2812的溫控方法達(dá)到穩(wěn)定需要的響應(yīng)時(shí)間是180S,而基于ADN8830的控制方法80S就能達(dá)到平衡狀態(tài),并且該方法體積小、功耗低。