毕业论文半导体激光器温控系统的硬件设计 - 图文

西安工业大学北方信息工程学院

毕业设计(论文)

题目：半导体激光器温控系统的硬件设计

系 别： 光电信息系 专 业： 光电信息工程 班 级： B100104 姓 名： 李 斌 学 号： B10010409 导 师： 胡小英

2014年 5月7日

毕业设计（论文）任务书

院（系） 光电信息系专业 光电信息工程班 B100104姓名 李斌学号B10010409 1.毕业设计（论文）题目： 半导体激光器温控系统的硬件设计 2.题目背景和意义：信息技术正在深刻的影响着国民经济和国防建设的各个领域。半导体激光器由于转换效率高、体积小、重量轻、易于调制和具有很强的集成能力等优点，使其在光谱、相干通信、激光雷达、医疗等领域得到广泛的应用。但是，半导体激光器本身存在着问题，在半导体激光器中微小的电流和温度变化将导致半导体激光器输出功率的波动。因而，半导体激光器的稳恒控制的意义非常重要。稳恒控制主要包括恒电流控制、恒温控制以及恒功率控制。恒温控制是稳恒控制中很重要的一个环节。例如，在密集波分复用（DWDM）系统中，激光束的波长会随着温度变化而变化。所以，只有保持一个精确稳定的激光器温度，才能无串扰地分辨出每一个波长的激光信号。虽然半导体激光器是高效率的电子、光子转换器件，但是由于存在各种非辐射、自由载流子吸收等损耗机制，其外微分量子效率只能达到 20％～30％。相当部分注入的电功率将转化为热量，引起激光器温度升高。许多激光二极管参数，包括波长、阈值电流、输出功率和寿命等，都与温度相关。所以，工作温度对于激光二极管十分重要，必须给激光二极管提供恒定而且能够精密调整的工作温度。在激光二极管泵浦固体激光器中，为实现对激光晶体的谱线耦合，必须调整激光二极管的输出波长使其与激光晶体的吸收峰值相匹配。激光二极管的输出波长主要由其掺杂浓度、工作电流和工作温度决定。由于有源层材料的禁带宽度随着温度升高而变窄，使波长向长波方向移动，移动量与器件的结构和有源区材料有关，约为 0.2～0.3nm/℃；在电流恒定的情况下，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，以满足对波长有严格要求的一些应用。

3.设计(论文)的主要内容（理工科含技术指标）：

半导体激光器的工作温度范围：10℃～40℃；最佳工作温度：25℃；控制精度为：0.3℃；系统建立时间：360秒左右；超调量：<10%；

时间：360秒左右；超调量：<10%；

目标：设计一个以单片机为核心部件，以半导体制冷器为控温元件，以温度传感器为测温元件的温度控制系统,结合数字PID控制技术,对半导体激光器进行温度控制。

4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）：

（1）毕业设计的态度端正、认真，目的明确；

（2）按照《西安工业大学本科毕业设计（论文）撰写规范》撰写论文；

（3）论文的字数要求15000字以上；

（4）参考文献15 篇以上

（5）按照任务书的要求，进度要求完成相应的工作；

（6）按照老师所指定的时间向老师汇报所做的工作情况。

（7）不懂的问题应及时咨询老师 第一周：明确毕业设计题目的任务、要求、及目的， 第四周～第五周：完成电路图的设计； 第六周～第七周：用Petrel画出电路图； 第七周～第八周： 完成电路板的焊接； 第九周～第十一周：完成PD算法的设计； 第十二周～第十四周：完成单片机的C语言编程； 第十五周～第十六周：完成电路的最终调试，实现10-40℃范围可调，精度达

设计的进度安排：

第二周～第三周：查阅相关文献，总体方案设计；

到±0.2℃，超调量不大于10%； 5.毕业设计（论文）的工作量要求 : ① 实验（时数）或实习（天数）： ② 图纸（幅面和张数）： ③ 其他要求： 指导教师签名： 年 月 日 学 生签名： 年 月 日 系主任审批： 年 月 日 说明： 1）本表一式二份，一份由学生装订入册，一份教师自留。

2）带*项可根据学科特点选填。 3)字体：五号，宋体。

第十七周第十八周，写出论文准备答辩

半导体激光器温控系统的硬件设计

摘 要

半导体激光器（LD）由于转换效率高、体积小、重量轻、易于调制和具有很强的集成能力等优点，使其在光谱、相干通信、激光雷达、医疗等领域得到广泛的应用。但是半导体激光器，温度变化将导致半导体激光器输出功率的波动。许多激光器参数，包括波长、阈值电流、输出功率和寿命等，都与温度相关。所以，工作温度对于激光器十分重要，必须给激光二极管提供恒定而且能够精密调整的工作温度。本课设计题通过以单片机为核心部件，以半导体制冷器为控温元件，以温度传感器（ds18b20）为测温元件的温度控制系统,结合数字PID控制技术,对半导体激光器进行温度控制。通过设计半导体激光器的工作温度范围控制在10℃～40℃；最佳工作温度为25℃；控制精度为0.3℃；系统建立时间360秒左右；超调量：小于10%。最终有效的控制半导体激光器的温度。

关键词：半导体激光器；单片机；温度传感器（ds18b20）

I

The hardware design of the semiconductor laser temperature

control system

Abstract

Semiconductor laser (LD) due to the high conversion efficiency, small size, lightweight, ease of modulation and a strong integrati …… 此处隐藏：1793字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……