半导体激光器的温度控制器的设计

半导体激光器的温度控制器的设计半导体激光器的温度控制器的设计

A Design of semiconductor laser temperature control

Abstract: This paper introduces a LD temperature control system. Temperature control chip HY5650 is used as the core

component of the system. DS18B20,a temperature sensors chip is the critical part in measuring. The design is simple,

practical, and has high performance price ratio. Experiments have shown that the system can run stable and reliable. The

output is accurate. Meanwhile the stability to output can reach ℃ .

Key words: semiconductor laser; temperature control; HY5650; DS18B20

摘要：本文介绍了一种LD温度控制系统。该系统采用温控芯片HY5650作为温度控制的核心元件，温度传感器芯片DS18B20

况下，温度每升高 1℃，激光波长将增加大约 0.2～0.3ｎｍ。因此需要将温度控制在激光器适合的温度下，且使温度起伏小于

0.1℃，这样才能使激光器输出稳定的波长。因此，可以用适当的温度控制来微调激光的峰值波长，以满足对甲烷气体的浓度

进行检测。另外，温度的升高将引起阈值电流增大，进一步使输出功率下降，功率波动将变大。理想情况下，半导体激光器的

P－I 关系是线性曲线，温度的变化将引起激光器的Ｐ-Ｉ特性曲线非线性畸变，这对于我们采用的谐波检测甲烷浓度方案（调

制激光器）不利。所以，必须给DFB激光器提供恒定而且能够精密调整的工作温度，才能保证激光二极管稳定地工作。综上所

述，本文利用了温控芯片HY5650、温度传感器芯片DS18B20和控温执行器件TEC设计了分布反馈式激光器DFB的温度控制系

统，实现了温度的准确、稳定输出，并能实时显示激光器的工作温度。

1． 半导体激光器温度测量、控制原理 [1]

激光器（LD）的工作温度和控温方式与自身的类型有关。小功率的激光器可以采用简单的被动散热；高功率的激光器一般需

要水冷，通过调节循环管道内水流量来达到控温的目的，这种方法精度不高，而且受到应用环境的限制，将使激光器的应用范

来控制帕耳帖的电流，从而控制帕耳帖的致冷量，控制电路通过改变加到激励器内半导体致冷器上的电流大小和方向，对激光

器进行加热或致冷，从而控制其工作温度，稳定输出功率。当激光器温度升高时，HY5650发出负电流，制冷器致冷，激光器

温度下降；当激光器温度降低时，HY5650发出正电流，致冷器加热，激光器温度上升。另外，通过温度传感器DS18B20采集

温度，通过单片机控制和显示温度值。

2． 半导体激光器的温度控制部分[3、4]]

为了使激光器工作在恒定温度下，低功率的TEC制冷器与之相匹配的控制器HY6550被应用在本系统中，整个温度控制部分只

需要外加辅助电路就可以实现激光器温度的控制。

其中RS为温度设定电阻，控制TEC的工作温度，当系统处于稳定状态时，设定电阻RS与热敏电阻RT相等， RS与设定的温度

关系如图2所示。RCC，RCH控制TEC的工作电流，在制冷模式中，RCC限制提供TEC的最大工作电流，在加热模式

中，RCH提供TEC的最大工作电流，一般，最大加热电流小于 最大制冷电流的33%，具体的关系如表图1。