基于stm32的半导体激光器温度控制系统研究文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：

分布式光纤传感系统原理是同时利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质，采用先进的光时域反射（OTDR）技术和光频域反射（OFDR）技术，探测出沿着光纤不同位置的温度和应变的变化，实现分布式的测量。光时域反射计（OTDR）是Barnowski和Jensen于1976年发明的第一种分布式光纤测量方法，它使用后向瑞利散射来确定沿光纤的光损耗[1]。在光纤中的自发拉曼散射在光谱学和传感器应用中具有重要意义。这种效应可以用来测量沿传感器光纤分布的温度和压力等[2]。并且其在各个领域都有着广泛的应用如石油和天然气管道的泄漏检测，监控高压电力电缆和水坝、桥梁的健康监测。在拉曼分布式温度传感系统中，将短激光脉冲注入传感光纤并且自发的拉曼反向散射光（斯托克斯和反斯托克斯）在光纤的输入端被检测到。反斯托克斯拉曼反向散射光包含了沿着光纤的温度分布信息 。在所提出的传感系统中，它已经被分析。当接收系统的带宽足够高，收到的反斯托克斯拉曼反向散射信号强度可以表示为输入脉冲轮廓卷积和沿着光纤的温度分布[3]。

然而，温度对分布式光纤传感系统的输出特性的有很大的影响。中大功率二极管的热耗很大，若散热不够及时的话，会导致芯片温度急剧升高，严重影响使用寿命。此外，温度升高将引起阈值电流增大，进一步使得输出功率减小[4]。最重要的一点，由于LD有源层材料的禁带宽度随着温度升高而变窄，使波长向长波长方向移动，移动量与器件的结构和有源区材料有关，约为每摄氏度0.2nm-0.3nm[5]。综上所述，温度对半导体激光器的波长，寿命，输出功率都有较大的影响，所以为了保证半导体激光器工作稳定，需要设计专门的驱动电路和控温电路。

半导体激光器应用范围广泛，其驱动设备一直在不断发展。初期的驱动设备采用模拟控制方式的纯硬件电路，此种电路精度欠佳，驱动控制设备性能较差，功能比较单一，

但是随着计算机技术的发展，驱动控制设备自动化进程也不断向前进步。单片机、DSP等集成控制芯片的出现，使驱动控制设备的可操作性和自动化程度得到增强，扩如今，半导体激光器控制系统大多使用模拟电路与数字电路搭配，通过综合控制方式，实现对电流、温度等电路的整体控制[6]。

目前，在半导体激光器驱动技术研究方面处于领先地位的国外公司主要有：Wavelength 公司、Thorlabs 公司、ILXLightwave 公司和 Newport 公司(2011 年收

购了 ILXLightwave)等[7-10]。 其中，Wavelength 的产品线最为丰富，分别适用于不同规格的半导体激光器。半导体激光器驱动器主要有 MPL、PLD、QCL 等系列产品，驱动电流从 250 mA到 12.5 A 不等。温度控制器主要有 HTC、MPT、PTC 等系列产品，可以驱动额定电流 10 A 的 TEC。温度稳定性最高可以达到 0.005 ordm;C，个别产品 1 小时内的稳定性甚至达到了 0.001 ordm;C。国内厂商主要有北京锐特锐光电、西安波普电源科技、鞍山核心电子、上海技驰电子科技等。上海技驰电子科技有限公司生产的 J-CW 系列（如图 1-5）在市场上销量较好，产品主要特点有：采用微处理器程序控制和低功耗线性调制技术；输出电流在 0-300m A 范围内连续可调。该产品还带有配套的 PID控制软件，温度稳定精度可控制0.1℃内；稳定度优于0.1%[11]。

综上所述，高精度、高稳定性、多功能、保护完备等特性依然是半导体激光器驱动器的发展方向。国外产品在半导体激光器驱动的设计和工艺上都优于国内，但是其价格十分昂贵。再者国内产品还有信息显示单一，体型庞大，控制精度和稳定度欠缺，控制面板设计复杂等不足。因此，实现低成本、功能完善且性能优越的半导体激光器驱动控制系统将会有很大的研究价值和市场前景。在国内仪器产业化进程不断推进的同时，相关理论研究也在蓬勃发展；很多科研工作者采用不同控制方式，实现了提高激光器驱动的控制精度、稳定输出功率、提高电源转换功率、增强调谐功能等目标，为国内的产品优化提供了依据[12-15]。

本设计以 STM32 微处理器为控制核心，由 STM32 控制 DAC 芯片输出电压去控制 MAX1968芯片，输出双向的驱动电流控制半导体激光器中的TEC，实现了 TEC 对半导体进行制冷或制热。再使用stm32的ADC模块采集热敏电阻的温度信号并传递给 STM32，由 STM32 将当前温度值与设定值比较，并结合PID 控制算法，来实现对激光器进行精确的温度控制。