一种半导体激光器温度控制系统

本技术涉及温度控制，具体为一种半导体激光器温度控制系统。

背景技术：

1、半导体激光器作为一种高效的光源，在众多科技领域中扮演着关键角色。其性能，尤其是输出功率、波长稳定性和光学特性，对温度极为敏感。温度的波动可能导致激光器性能下降，如波长偏移、输出功率衰减和噪声增加，从而影响整个系统的性能和可靠性。因此，精确的温度控制对于维持半导体激光器在最佳工作状态至关重要。传统的温控解决方案往往只有单一的温度控制回路，这在面对需要同时控制激光器本身及其他内部器件温度的复杂需求时，显得力不从心。例如2014年朱俊提出的申请号为201410480407.9的实用新型专利申请“半导体激光器自动温度控制系统”，采用惠斯通电桥和比较器电路来实现温度控制，这些方案通常依赖于分散的元器件和自行搭建的电桥电路，导致系统体积庞大、元件消耗多，且稳定性不足，难以实现高精度的温度控制。在构建多路独立的温控系统时，系统的复杂性和成本倍增。因此，开发一种集成化的双路温控系统，能够在一个紧凑的装置内同时对激光器及其内部关键器件进行精确控温，成为了行业发展的迫切需求。

2、随着半导体技术的不断进步，现代集成电路设计使得单个成熟芯片能够集成以往需要多个独立组件才能实现的功能，同时保证了高精度。在多路温控需求日益增长的背景下，传统的多设备温控方案，不仅体积庞大、成本高昂，而且不利于半导体激光器的小型化和成本效益。

3、因此，如何提供一种半导体激光器温度控制系统，成为了本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本实用新型主要目的在于提供一种半导体激光器温度控制系统，采用双通道模数转换器和双通道数模转换器的集成化温控系统，能够在单一设备内实现多路温度控制，显著降低了设备成本，同时提高了系统的精度和可靠性。

2、为达上述目的，本实用新型提供了一种半导体激光器温度控制系统，包括：半导体激光器、温度采集信号处理模块、双通道模数转换器、单片机、集成数字pid计算单元、双通道数模转换器和tec驱动器；其中，所述半导体激光器内部封装有两组热电制冷器以及温度传感器，所述温度采集信号处理模块与温度传感器相连，用于实时采集温度传感器的信号，并将其转换为电压模拟信号；所述双通道模数转换器与温度采集信号处理模块相连，用于将反馈温度信息的电压模拟信号转换为电压数字信号，供单片机处理；所述单片机与双通道模数转换器相连，用于将采集的电压数字信号转换为驱动信号；所述集成数字pid计算单元与单片机相连，对半导体激光器温度进行调节；所述双通道数模转换器与集成数字pid计算单元相连，用于将模拟电压信号发送给两组tec驱动器；所述tec驱动器与所述热电制冷器相连，用于施加驱动电流至热电制冷器。

3、进一步的，所述温度传感器采用负温度系数的热敏电阻，温度上升电阻阻值降低。

4、进一步的，所述单片机集成有通信接口，允许与外部设备进行双向数据交换和远程控制，使用户能够独立设置每一路温控通道的温度参数，并且具备上传温控系统状态信息至外部设备的功能。

5、进一步的，所述温度采集信号处理模块采用电压比较器电路设计，通过调整比较电阻的阻值设定温控系统的控温中心，以及通过改变反馈电阻来设定控温范围。

6、进一步的，所述双通道模数转换器具有至少16位采样精度、低噪声、1mhz以上采样率。

7、进一步的，所述双通道数模转换器具备低功耗、双通道、至少16位精度缓冲电压输出能力。

8、本实用新型的有益效果在于：

9、(1)本实用新型通过集成高精度的双通道模数转换器(adc)和双通道数模转换器(dac)，并结合先进的集成数字pid计算单元，不仅实现了对激光器及其内部其他器件温度的精确检测，还显著提高了系统的稳定性和长期可靠性。这种设计使得系统能够实现优于±0.01℃的高精度温度控制，满足了半导体激光器对温控精度的严苛要求。

10、(2)本实用新型通过采用多通道输入输出的模拟芯片和集成电桥驱动的tec驱动器，显著简化了电路设计并大幅减少了元件占用的空间。这种创新方案，仅需一个设备就能够独立且精确地控制半导体激光器及其内部多个关键器件的温度，降低了系统的复杂性，减少了成本和空间占用，为半导体激光器的温度控制提供了一种经济高效的解决方案。此外，系统的紧凑性和简化设计还带来了易于维护和升级的优势，进一步增强了其在实际应用中的可行性和市场竞争力。

技术特征：

1.一种半导体激光器温度控制系统，其特征在于，包括：半导体激光器、温度采集信号处理模块、双通道模数转换器、单片机、集成数字pid计算单元、双通道数模转换器和tec驱动器；其中，所述半导体激光器内部封装有两组热电制冷器以及温度传感器，所述温度采集信号处理模块与温度传感器相连，用于实时采集温度传感器的信号，并将其转换为电压模拟信号；所述双通道模数转换器与温度采集信号处理模块相连，用于将反馈温度信息的电压模拟信号转换为电压数字信号，供单片机处理；所述单片机与双通道模数转换器相连，用于将采集的电压数字信号转换为驱动信号；所述集成数字pid计算单元与单片机相连，对半导体激光器温度进行调节；所述双通道数模转换器与集成数字pid计算单元相连，用于将模拟电压信号发送给两组tec驱动器；所述tec驱动器与所述热电制冷器相连，用于施加驱动电流至热电制冷器。

2.如权利要求1所述的一种半导体激光器温度控制系统，其特征在于，所述温度传感器采用负温度系数的热敏电阻，温度上升电阻阻值降低。

3.如权利要求1所述的一种半导体激光器温度控制系统，其特征在于，所述单片机集成有通信接口，允许与外部设备进行双向数据交换和远程控制，能够独立设置每一路温控通道的温度参数，并且具备上传温控系统状态信息至外部设备的功能。

4.如权利要求1所述的一种半导体激光器温度控制系统，其特征在于，所述温度采集信号处理模块采用电压比较器电路设计，通过调整比较电阻的阻值设定温控系统的控温中心，以及通过改变反馈电阻来设定控温范围。

5.如权利要求1所述的一种半导体激光器温度控制系统，其特征在于，所述双通道模数转换器具有至少16位采样精度、低噪声、1mhz以上采样率。

6.如权利要求1或5所述的一种半导体激光器温度控制系统，其特征在于，所述双通道数模转换器具备低功耗、双通道、至少16位精度缓冲电压输出能力。

技术总结
本技术关于一种半导体激光器温度控制系统，涉及温度控制技术领域。包括：半导体激光器内部封装有两组热电制冷器以及温度传感器，所述温度采集信号处理模块用于实时采集温度传感器的信号；双通道模数转换器用于将电压模拟信号转换为电压数字信号；单片机用于将采集的电压数字信号转换为驱动信号；集成数字PID计算单元对半导体激光器温度进行调节；双通道数模转换器用于将模拟电压信号发送给两组TEC驱动器；TEC驱动器用于施加驱动电流至热电制冷器。本技术采用双通道模数转换器和双通道数模转换器的集成化温控系统，能够在单一设备内实现多路温度控制，显著降低了设备成本，同时提高了系统的精度和可靠性。

技术研发人员：国伟华,娄家俊,陆巧银
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：20240430
技术公布日：2024/12/12