資料介紹
文本根據(jù)高穩(wěn)定性半導(dǎo)體激光(LD)泵浦單塊非平面環(huán)形腔(NPRO)單頻激光器對(duì)于功率穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性的要求,設(shè)計(jì)并研制了一套高精度的精密溫控系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于模擬比例積分微分(PID)控制原理,采用程控調(diào)節(jié)P和PI的方式通過對(duì)半導(dǎo)體制冷器(TEC)的驅(qū)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)在-10---+70℃范圍內(nèi)對(duì)LD和NPRO單塊晶體溫度的精確控制,控溫精度達(dá)±0.01℃。采用該溫控系統(tǒng)的LD泵浦1645nm NPRO單頻激光器,30min內(nèi)相對(duì)波長穩(wěn)定性達(dá)8.32*10-2。
高穩(wěn)定性的單頻激光器在激光測(cè)量光學(xué)頻標(biāo)和激光雷達(dá)等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。LD泵浦單塊NPRO激光器是產(chǎn)生高穩(wěn)定性單頻輸出的重要方法之一。在LD泵浦單塊NPRO激光器中泵浦源LD和激光晶體都需要有高精度的溫控系統(tǒng)。一般LD溫度漂移系數(shù)約為0.3nm/℃溫度的抖動(dòng)極易引起其輸出波長的變化,而單塊NPRO的吸收譜線很窄,LD泵浦波長的偏移將破壞其單頻特性和功率穩(wěn)定性。同時(shí),NPRO單塊自身溫度的起伏也會(huì)影響輸出的單頻激光的頻率穩(wěn)定性。因此,高精度溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用是保證LD泵浦NPRO激光器穩(wěn)定性的關(guān)鍵。
針對(duì)上述要求,本文設(shè)計(jì)了一套基于模擬PID控制原理的精密溫控系統(tǒng)系統(tǒng)。采用程控調(diào)節(jié)P和PI的方式通過TEC的驅(qū)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)-10---+70℃在范圍內(nèi)對(duì)LD和NPRO單塊溫度的精確控制控,溫精度達(dá)±0.01℃。采用該溫控系統(tǒng)的LD泵浦1645nmNPRO激光器,30min內(nèi)相對(duì)波長穩(wěn)定性達(dá)8.32*10-7。
1、高精度溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
目前,精密溫控系統(tǒng)通常采用PID控制算法,通過放大溫度設(shè)定值與測(cè)量值的誤差信號(hào)獲得相應(yīng)的調(diào)節(jié)量,反饋控制并驅(qū)動(dòng)TEC制冷或加熱,實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載溫度的精確控制。具體電路實(shí)現(xiàn)方案主要包括模擬控制,數(shù)字控制和專用芯片控制等。其中,數(shù)字控制和專用芯片控制電路集成化程度高、結(jié)構(gòu)簡單,但控制精度和負(fù)載能力較差;模擬控制元件分立、電路復(fù)雜,但輸出線性度與控制精度高,負(fù)載能力強(qiáng)。根據(jù)系統(tǒng)高精度、大負(fù)載能力的要求,本設(shè)計(jì)采用模擬PID控制技術(shù),通過程控調(diào)節(jié)P和PI優(yōu)化PI參數(shù)設(shè)置,在-10---+70℃范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)對(duì)LD和NPRO單塊±0.01℃的控溫精度。
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