[發明專利]一種面向混沌半導體激光器的高精度高穩定溫度控制系統

在審

• 申請號: 202010428247.9
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111613965A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 張明江;續文敏;王興;張建忠;王濤;喬麗君;高少華
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H01S5/024
• 分類號: H01S5/024;H01S5/06;H01S5/068;G05D23/24
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發明屬于激光器的高精度溫控技術領域；現有混沌光源大多利用半導體激光器結合各種外部分立光學元件搭建而成的，結構復雜、易受環境影響，溫度的改變影響輸出的波長和閾值電流，導致激光器輸出混沌狀態不穩定，本發明提供一種面向混沌半導體激光器的高精度高穩定溫度控制系統，兩個定時器驅動H橋驅動模塊，實現半導體制冷片的電流的穩定性和可靠性，通過溫度反饋模塊將激光器溫度變化反饋至微控制器模塊與設定溫度對比，所得差值通過模糊PID算法使得激光器溫度快速到達設定溫度，半導體制冷片電流方向穩定轉變，實現溫度的無“死區”控制。

技術領域

本發明涉及激光器的高精度高穩定溫控系統，更具體的說，涉及一種面向混沌半導體激光器的高精度高穩定溫度控制系統。

背景技術

混沌激光作為激光器的一種具有內在隨機性、初值敏感性、寬頻譜等特性的特殊輸出形式，在混沌保密光通信、高速物理隨機數（密鑰）產生、高精度光網絡故障檢測、反告警雷達、超寬帶技術和分布式光纖傳感等多個領域具有重要的應用，而混沌光源則是其在各領域應用的核心器件。現有混沌光源大多是在實驗室臺上利用半導體激光器結合各種外部分立光學元件搭建而成的，其結構復雜、易受環境影響，且半導體激光器一般采用溫度敏感型材料作為增益介質，如砷化鎵、磷化銦等，而溫度的改變會影響混沌半導體激光器輸出的波長和閾值電流，最終將導致激光器輸出混沌狀態不穩定。因此對混沌半導體激光器進行高精度高穩定性溫度控制十分重要。

目前，現有的半導體激光器溫控系統并沒有提出具體的高精度調節辦法，如公開號CN110244798A一種激光指示裝置的自適應溫控系統，該系統采用溫度和功率雙參數監控激光器溫度變化并進行調節，當溫度誤差或功率誤差較小時，通過引入積分調節，實現高精度控制，但積分調節雖可有效降低穩態誤差，穩定激光器溫度，但如何體現高精度調節，該發明并未提及。然而混沌半導體激光器對溫度較為敏感，因此需要一種具體的提高溫度調節精度的辦法，同時要保證該精度下溫度的穩定性。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種面向混沌半導體激光器的高精度高穩定溫度控制系統，該發明采用溫度反饋電路激光器的溫度，實現高精度溫度檢測，同時高精度溫度檢測使得模糊控制區溫度范圍變小，可有效提高溫度調節速度，使得激光器溫度快速到達預設溫度，半導體制冷片（TEC）中電流方向穩定轉變，實現溫度的無“死區”控制。

為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：

一種面向混沌半導體激光器的高精度高穩定溫度控制系統，包括微控制器模塊、半導體制冷片、用于驅動半導體制冷片的H橋驅動模塊、反饋激光器溫度變化的溫度反饋模塊、檢測溫度反饋模塊輸出電壓的模數轉換模塊，微控制器控制模塊接收模數轉換模塊的輸出信號，并與設定溫度進行對比求得差值送入模糊PID算法，模糊PID算法的輸出值調節微控制器控制模塊輸出的脈沖波，脈沖波驅動H橋驅動模塊；H橋驅動模塊控制MOS管緩慢導通，驅動半導體制冷片，半導體制冷片中電流穩定轉變；溫度反饋模塊的輸入端連接混沌半導體激光器，輸出端連接模數轉換模塊，模數轉換模塊將溫度反饋模塊的輸出電壓轉換為數字值并傳入微控制器控制模塊。