[发明专利]一种无低频噪声的半导体激光器数字温控系统

说明书

技术领域

本发明涉及温度控制技术领域，具体涉及一种无低频噪声的半导体激光器数字温控系统。

背景技术

半导体激光器作为一种新型的激光光源，因其体积小、重量轻、效率高、低功率驱动等优点，而应用于各个领域。在量子信息领域，对于离子阱系统的量子操作，需要用到窄线宽、频率稳定的激光器对离子进行冷却，但是半导体激光器受温度影响较大，表现在输出波长、阈值电流、输出功率、使用寿命等，进一步对半导体激光器的温度控制的改进显得尤为重要。

半导体激光器一般由激光二极管、光电二极管、热敏电阻、热电制冷器(TEC)等构成。热敏电阻一般是一种负温度系数的电阻，是温控系统的温度探测元件，并通过外部电路实时监测激光二极管的管芯温度。TEC是一种能同进行制冷和加热的半导体器件，根据帕耳贴效应，当给TEC提供驱动电流时，TEC一面发热，另一面同时制冷，而当驱动电流反向时，冷热面互换。TEC的发热或制冷量与驱动电流密切相关，可以通过改变驱动电流大小来使TEC温度恒定。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供半导体激光器数字温控系统，能够更加稳定的控制温度，降低半导体激光器输出频率的漂移及有效控制阈值电流，提高使用寿命，为囚禁离子和量子操作提供更加稳定的实验环境。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种无低频噪声的半导体激光器数字温控系统，包括正弦信号源电路，用于产生正弦交流信号作为初始信号输入到热敏电桥电路以及混频器，

还包括：

热敏电桥电路，用于测量TEC温度信息并转换为差分信号输入到差分放大电路；

差分放大电路，用于根据增益开关选定的增益系数对差分信号进行放大得到误差信号，并将误差信号发到混频器；

混频器，用于将误差信号以及初始信号进行混频的到混频信号，并将混频信号输出到有源低通滤波电路；

有源低通滤波电路，用于对混频信号进行滤波后输出滤波信号到A/D转换器；

A/D转换器，用于将滤波信号转换成数字信号输入到中央处理器；

中央处理器，用于根据数字信号获得差分参考信号值，将差分参考信号值与各个增益系数相乘得到各个误差参考信号，找出小于等于差分放大器的最大输出电压的误差参考信号作为备选误差参考信号，最大的备选误差参考信号对应的增益系数即为优选增益系数，将优选增益系数转换为增益倍数信号发送到增益开关；

增益开关，用于根据增益倍数信号对差分放大器的增益系数进行选定。

一种无低频噪声的半导体激光器数字温控系统，还包括D/A转换器和TEC驱动电路模块，

所述的中央处理器还用于将A/D转换器输出的数字信号进行PID运算后得到温度控制信号并输出到D/A转换器，

D/A转换器，用于将温度控制信号转换为温度控制模拟信号输出到TEC驱动电路模块；

TEC驱动电路模块，用于根据温度控制模拟信号对TEC温度进行控制；

如上所述的中央处理器与串口通信电路连接。

本发明相对于现有技术具有以下优点：

(1)采用交流信号作为参考源，能够大大降低直流信号中低频噪声的干扰，能够更为有效地控制激光器的温度，降低激光器温度的长期漂移。

(2)采用热敏电桥电路输入，产生稳定的参考信号，能够更为有效的获得误差信号。

(3)通过中央处理器对增益开关的控制，实现了误差信号的增益系数精确自动控制，从而在实现温度精确控制的同时，有效的保护了差分放大器，延长了其使用寿命。

(4)温控电路与激光器采用分离式导线连接，可拆卸，使用更加方便，并可应用于不同频率的半导体激光器。

附图说明

图1为本发明结构框图；

图2为混频器及有源低通滤波电路的实施例电路原理图；

图3为增益开关与差分放大器的实施电路原理图；

图4为TEC驱动电路模块的实施电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。