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1、基于單片機(jī)的外腔半導(dǎo)體激光器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，外腔半導(dǎo)體激光器在國(guó)內(nèi)的科研、通訊以及我國(guó)的國(guó)防、精密測(cè)量和冷原子物理等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用;但是隨著各行各業(yè)對(duì)高精度的要求，近年來(lái)，為解決外腔半導(dǎo)體激光器由于溫度變化而自身產(chǎn)生熱量進(jìn)而影響其輸出特性這一問(wèn)題，我國(guó)又研發(fā)出一種單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)就是能使半導(dǎo)體激光器輸出特性的精度進(jìn)一步提高，功率穩(wěn)定、波長(zhǎng)單一，來(lái)減小誤差，滿(mǎn)足各種需求，而且長(zhǎng)時(shí)間工作也不會(huì)出現(xiàn)跳?，F(xiàn)象。
外腔半導(dǎo)體激光器;單片機(jī);提高輸出特性;PID控制
半導(dǎo)體
2、激光器的穩(wěn)頻控制研究，不僅解除了半導(dǎo)體激光器在實(shí)際應(yīng)用中的限制，而且解決了輸出頻率對(duì)其工作環(huán)境極其敏感而導(dǎo)致的其他不準(zhǔn)確性，使半導(dǎo)體激光器的開(kāi)發(fā)前景更為廣闊;接下來(lái)，筆者就以單片機(jī)的外腔半導(dǎo)體激光器控制系統(tǒng)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)做簡(jiǎn)要分析。
一、半導(dǎo)體激光器的基本原理以及應(yīng)用條件
半導(dǎo)體激光器又叫作激光二極管，工作時(shí)所使用的物質(zhì)一般為半導(dǎo)體材料，采用簡(jiǎn)單的注入電流的方式來(lái)泵浦其工作電壓和電流與集成電路兼容，操作簡(jiǎn)單，使用方便，受到了很多部門(mén)的青睞;半導(dǎo)體激光器除去激光器的共同優(yōu)點(diǎn)之外，還有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，半導(dǎo)體激光器的體積較其他激光器小，重量也輕，操作和使用起來(lái)會(huì)比較便易;此
3、外，雖然半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)功率和電流較低，但是使用效率高，這就節(jié)約了部分能源，而且工作壽命長(zhǎng)，這就避免了因經(jīng)常更換激光器而造成的巨額費(fèi)用，具有很好的經(jīng)濟(jì)性;最后，激光器可與半導(dǎo)體制造技術(shù)兼容，可以擴(kuò)大生產(chǎn)量，而且更易于與各種光電子器件實(shí)現(xiàn)光電子集成;等等，正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，才使得半導(dǎo)體激光器得到了我國(guó)社會(huì)以及世界許多國(guó)家的廣泛關(guān)注，同時(shí)也致使許多國(guó)家致力于該技術(shù)的研究，所以這些年來(lái)，半導(dǎo)體激光器技術(shù)不僅應(yīng)用廣泛，而且發(fā)展迅速，在諸多激光器的發(fā)展中搶占了先機(jī)。半導(dǎo)體激光器除這些優(yōu)點(diǎn)之外，使用原理也較為簡(jiǎn)單;由于外界環(huán)境對(duì)半導(dǎo)體激光器的干擾及影響較大，所以隨時(shí)間的變化，輸出頻率有著較大的變動(dòng)。注入電
4、流、工作溫度、載流子濃度、腔長(zhǎng)、增益等都是影響激光器輸出頻率的因素，而在這諸多的影響因素中，最容易調(diào)控的是注入電流和外界的工作溫度，所以我們往往通過(guò)控制這兩個(gè)因素來(lái)提高運(yùn)行頻率的穩(wěn)定性，可以利用原子或分子躍遷線作為頻率標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)激光頻率鎖定，進(jìn)而使得激光頻率得以穩(wěn)定，使控留模塊得以調(diào)控。
二、半導(dǎo)體激光器控制系統(tǒng)采用PID溫度控制的必要性
PID控制電路是半導(dǎo)體激光器溫度控制模塊中不可缺少的一部分，工作原理如下：當(dāng)激光器因長(zhǎng)期工作而發(fā)熱時(shí)，具有負(fù)溫特性的熱敏電阻就會(huì)及時(shí)的把溫度變化的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，此時(shí)的熱敏電阻充當(dāng)溫度傳感器的作用，由此，便可測(cè)出電壓的變化，
5、然后再用該變化同起初設(shè)定的高精度基準(zhǔn)溫度的電壓相互比較，再將比較結(jié)果經(jīng)過(guò)高精密的差分信號(hào)處理后的電路放大，進(jìn)一步保證了激光器溫度控制電路中的高精度;為保證系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，及其良好的動(dòng)態(tài)特性，再將放大的信號(hào)轉(zhuǎn)入到比例一積分一微分的控制電路中，并且該電路不僅應(yīng)該具有穩(wěn)定性能指標(biāo)，還應(yīng)該滿(mǎn)足閉環(huán)系統(tǒng)瞬態(tài)的特性，最后，再根據(jù)半導(dǎo)體制冷器所需要的電流，制冷器再按照其要求完成半導(dǎo)體激光器的冷卻或加熱，由此，該系統(tǒng)便可形成閉環(huán)反饋系統(tǒng)，保證了半導(dǎo)體激光器能夠在恒溫下進(jìn)行，從而消除外界環(huán)境多變的溫度的影響。
三、半導(dǎo)體激光器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求
輸入系統(tǒng)電流的穩(wěn)定性對(duì)半導(dǎo)體激光
6、器的輸出信號(hào)有非常重要的影響，這是因?yàn)?，半?dǎo)體激光器的正常工作是依靠載流子的直接注入來(lái)完成的，這就要求該系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性，不僅工作電流要有較高的穩(wěn)定性，而且驅(qū)動(dòng)電源也應(yīng)該是一個(gè)恒流源;與注入電流相比，溫度對(duì)輸出光頻率的影響要大，當(dāng)半導(dǎo)體激光器中的內(nèi)部溫度升高時(shí)，輸出功率反而會(huì)變小，而在干涉測(cè)量的試驗(yàn)中，就要求輸出功率有非常高的穩(wěn)定性，從而避免引發(fā)模式跳躍現(xiàn)象;為保證半導(dǎo)體激光器的內(nèi)部穩(wěn)定性，要將溫度變化控制在0.05度以?xún)?nèi)，因?yàn)樵谶@個(gè)范圍內(nèi)溫度的變化可以忽略不計(jì)，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的影響也可以認(rèn)為不存在。
四、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，為了保證單片機(jī)的外腔半導(dǎo)體激光器控制系統(tǒng)工作中的精度，滿(mǎn)足實(shí)際工程的需要，就應(yīng)該將溫度的調(diào)節(jié)和電流的調(diào)節(jié)相結(jié)合，進(jìn)而使其工作起來(lái)更加穩(wěn)定，然而隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)各個(gè)行業(yè)對(duì)半導(dǎo)體激光器的控制系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，為進(jìn)一步消除誤差，提高穩(wěn)定性，這就要求要用更為嚴(yán)密的PID控制調(diào)節(jié)，再加上嚴(yán)密的操作規(guī)程，才能實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器在實(shí)際工作中的高效性和穩(wěn)定性。
基于單片機(jī)的外腔半導(dǎo)體激光器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
