文本根據高穩定性半導體激光（LD）泵浦單塊非平面環形腔（NPRO）單頻激光器對于功率穩定性和頻率穩定性的要求，設計并研制了一套高精度的精密溫控系統。該系統基于模擬比例積分微分（PID）控制原理，采用程控調節P和PI的方式通過對半導體制冷器（TEC）的驅動控制實現在-10---+70℃范圍內對LD和NPRO單塊晶體溫度的精確控制，控溫精度達±0.01℃。采用該溫控系統的LD泵浦1645nm NPRO單頻激光器，30min內相對波長穩定性達8.32*10-2。

　　高穩定性的單頻激光器在激光測量光學頻標和激光雷達等領域都有重要的應用。LD泵浦單塊NPRO激光器是產生高穩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。一般LD溫度漂移系數約為0.3nm/℃溫度的抖動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定性。同時，NPRO單塊自身溫度的起伏也會影響輸出的單頻激光的頻率穩定性。因此，高精度溫控系統的設計和應用是保證LD泵浦NPRO激光器穩定性的關鍵。

　　針對上述要求，本文設計了一套基于模擬PID控制原理的精密溫控系統系統。采用程控調節P和PI的方式通過TEC的驅動控制實現-10---+70℃在范圍內對LD和NPRO單塊溫度的精確控制控，溫精度達±0.01℃。采用該溫控系統的LD泵浦1645nmNPRO激光器，30min內相對波長穩定性達8.32*10-7。

　1、高精度溫控系統設計

　　目前，精密溫控系統通常采用PID控制算法，通過放大溫度設定值與測量值的誤差信號獲得相應的調節量，反饋控制并驅動TEC制冷或加熱，實現對負載溫度的精確控制。具體電路實現方案主要包括模擬控制，數字控制和專用芯片控制等。其中，數字控制和專用芯片控制電路集成化程度高、結構簡單，但控制精度和負載能力較差；模擬控制元件分立、電路復雜，但輸出線性度與控制精度高，負載能力強。根據系統高精度、大負載能力的要求，本設計采用模擬PID控制技術，通過程控調節P和PI優化PI參數設置，在-10---+70℃范圍內，實現對LD和NPRO單塊±0.01℃的控溫精度。