可调谐激光器高稳定性双闭环温控系统设计

温度稳定性对可调谐激光器波长和功率的稳定性起着至关重要的作用,因此,本文设计并开发了一种可调谐激光器高稳定性双闭环温控系统。首先,为了精确测得激光器工作温度值,设计了一种压差测量电路,对非线性热敏电阻进行精确线性测量;其次,为了向半导体制冷器(TEC)输出稳定的控制电流,设计了一种线性控制的H桥驱动电路,消除了TEC工作电流受到的纹波干扰;再次,为了提高温控系统的抗干扰能力,设计了深度负反馈电路作为系统的内环控制;最后,为了实现温度的实时调节,应用位置式PID对系统进行外环控制。实际电路测试结果表明:设定温度在15~35℃范围内时,激光增益芯片2 h温控稳定度优于±0.005℃,能够满足可调谐激光器温度控制的高稳定性需求。

全固态风冷式激光器散热设计及优化

为了解决输出能量不小于220 mJ、重复频率40 Hz风冷激光器连续工作的散热问题,采用强迫空冷的散热方式,通过热电制冷器对巴条进行温度控制。设计了散热方案,构建了散热器的3维模型,利用热仿真软件对激光器散热情况进行热仿真,分析其优化结果并进行了实验验证。结果表明,在环境温度为55℃、重复频率为40 Hz、激光器输出能量大于220 mJ的情况下,设计制作的紫铜翅片散热器可满足激光器连续工作的散热要求,且有15%左右的设计余量;此热仿真方法与实际情况有很好的匹配效果,可用于后续的散热器设计指导。该研究为激光器更深层次的热设计提供了有效参考。

基于改进PSO的蝶形半导体激光器温控系统的设计

提出了基于改进粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)的蝶形半导体激光器温度控制系统。利用蝶形半导体激光器内部热电冷却器(Thermo-Electric Cooler,TEC)作为被控对象求出其传递函数,并在Simulink仿真工具中搭建温度控制系统仿真模型,分析温度对激光器工作的影响。基于改进PSO算法来优化比例积分微分(Proportional-Integral-Derivative,PID)控制器参数以达到良好的温度控制效果。实验结果表明,通过将改进PSO算法优化后的PID控制器参数应用到温控电路,可以保证激光器在安全平稳运行的前提下,达到激光器TEC温控系统稳定性高、响应速度快的目标,2 h内温度最大浮动误差为0.13℃,温度稳定性提升至0.52%。

半导体激光器的高精度温控仪

温度对半导体激光器的特性有很大的影响.在要求半导体激光器输出波长稳定的情况下,必须对其温度进行高精度的控制。本文利用高信噪比的运算放大器和普通的负温度系数温度传感器及半导体致冷器做控温元件,研制了一种用于半导体激光器温度控制的高精度温控仪,控制精度可达±0.05℃.

反斯托克斯荧光制冷技术综述

分析了反斯托克斯荧光制冷的原理,回顾了其发展历史。分析了常用的基于Yb3+、Tm3+和Er3+等激光制冷材料的性质,着重介绍了激光制冷的实验研究现状,并详细介绍了当前激光制冷器的最新结构设计和实验结果,特别是美国LosAlamos实验室的激光制冷器的结构设计和运转情况。讨论了制约激光制冷效率的因素,同时探讨了提高激光制冷效率的方法和途径,并对反斯托克斯荧光制冷技术的应用前景及其未来发展方向进行了探讨与展望。

激光二极管高效铜微通道冷却器设计

通过对铜微通道冷却器的散热分析,设计出5层结构的模块式铜微通道冷却器。采用常规的线切割工艺加工,散热通道宽大约200μm,深300μm,各层间用真空钎焊的方法组装。该冷却器对于腔长0 6mm、宽10mm的线阵激光二极管芯片热阻为0.58℃/W。通过面阵激光二极管封装实验证明,该冷却器可用于10%占空比工作的面阵激光二极管封装。

高功率二极管激光器相变冷却技术

根据高功率二极管激光器的散热需求,设计了一种储能式相变冷却实验系统,并开展了喷雾相变冷却器和微通道相变冷却器的设计。采用多孔微结构的换热表面,用氨做制冷剂,实现了喷雾相变冷却器表面温度37℃时,散热功率密度达到了511W/cm2。采用节流汽化原理,分别设计了背冷式相变微通道冷却器和薄片型的模块式相变微通道冷却器,背冷式相变微通道冷却器采用氨做制冷剂,散热功率密度达到了550W/cm2,采用R124做制冷剂,散热功率密度约270W/cm2。采用R124做制冷剂,实现了脉冲激光功率3kW和连续激光功率100W的相变冷却二极管激光器模块封装。

热电制冷器的等效电路模拟与分析

作为半导体激光器组件的重要一部分,热电制冷器(TEC)工作特性的模拟对激光器组件的设计与优化有着重要的意义。根据实际器件的结构模型,建立了考虑各种影响因素所造成的附加热阻和接触电阻的数学模型,进而推导出TEC的等效电路模型。用SPICE进行了TEC各种特性的仿真和讨论,分析了环境温度、制冷功率、附加热阻、接触电阻、工作电流以及电流源等对TEC工作特性的影响。采用等效电路模拟对于TEC的设计、优化和应用控制是一种有效的方法。

高功率半导体巴条激光器的热特性分析

对采用5层叠焊的微通道无氧铜热沉冷却的巴条激光器进行了流体动力学(CFD)分析。建立了条宽10 mm、腔长1.5 mm巴条芯片的流固耦合共轭传热模型,得到了不同流量水冷下激光器的热阻和压力损失曲线。分析了300 m L/min水流时,激光器的温度分布和冷却水的流动性能。实验条件下,测试了该微通道热沉封装的808 nm巴条激光器的热阻和压力损失。数值计算和实验测试所得的结果一致,在300 m L/min水流下,巴条热阻为0.38℃/W,在温度不高于70℃时可满足连续模式下90 W的散热要求。

大功率半导体激光器的精密模糊PID温控系统

介绍了一种大功率半导体激光器的精密模糊PID温控系统。利用半导体致冷器作为控温执行器件, 构成了全固态致冷系统,并且针对TEC的驱动特性,设计了一种高精度数字PWM功率驱动器。本系统采用AT89C52单片机,利用软件实现了在线参数自整定模糊PID控制算法以及热敏电阻的非线性补偿。试验证明, 温度控制精度可达±0.06℃。

半导体激光器温度控制系统的设计

设计了一种基于MCS-51系列微控制器的激光二极管（LD）温度控制系统，该系统分别采用铂电阻及半导体制冷器作为温度传感器和控温执行元件，并应用模糊理论与数字PID参数自适应调整相结合的控制算法对LD温度进行控制。实验结果表明：该系统在10-40℃温度范围内的控温稳定性优于0．2℃，能够有效抑制LD波长的漂移。

半导体激光器温度控制的研究

本文研究了半导体激光器的温度特性 ;提出了半导体激光器的高精度温度控制方法和保证温度信号检测、传输精度的方法 ;

940nm波长高功率线阵二极管激光器封装研究

对940nm波长高功率线阵二极管激光器的封装结构进行了重新设计,并在此基础上开展了芯片的封装实验。封装出的线阵二极管激光器,在连续工作时输出激光功率达40W,在准连续工作时(占空比0 5%),输出峰值功率可达100W。

基于MAX1968的半导体激光温控电路设计

讨论了一种半导体激光温度控制电路的设计方案,能够实时监视和控制激光器温度,以稳定激光器的输出功率和波长。控制核心采用PIC16C73单片机来实现对整个系统的精确控制。热电致冷器驱动电路采用高集成、高性价比和高效率开关型驱动芯片MAX1968来实现。与传统的分立元件设计方法相比,简化了80%的电路设计。实验结果表明,激光器的温度控制精度达到±0.1℃。

无热电恒温的小型重频二极管抽运板条激光器

为了研制一种能在-40℃^+65℃环境下适用于机载吊舱的小型风冷重频二极管抽运Nd∶YAG板条激光器,克服采用热电恒温二极管抽运源的一系列问题,采用了无热电恒温二极管抽运源的方法,并进行了实验验证。结果表明,该激光器能在-40℃^+65℃环境下,以20Hz^30Hz脉冲重复频率稳定可靠的工作,激光输出能量100m J^150m J,激光脉宽6ns^7ns,激光束散角经4倍天线扩束后约1mrad。该激光器能适用于多种机载或车载激光测距/指示仪。

基于相变冷却的大功率二极管激光器技术

设计了一种基于相变冷却方式工作的大功率二极管激光器,该激光器的散热器是基于节流式喷射微槽道相变冷却的原理,使冷却液在微槽中的气化率达到了70%,大幅度提高了冷却效果,减小了冷却液流量,在同样制冷功率条件下,冷却液流量仅为水冷方式的1/10。利用相变冷却器进行了背冷式半导体激光器叠阵封装工艺的研究,采用复合热沉与AuSn硬焊料结合的新型封装工艺,完成了准连续3 kW叠阵的封装。实验测试表明,单元叠阵的输出功率达到3.01 kW,占空比10%,封装间距为1.3 mm,光谱宽度小于3.5 nm。最大功率输出时所需R134a冷却液的流量仅为110 mL/min。

半导体激光器高精度温度控制系统的设计

温度对半导体激光器的特性有很大的影响，在要求半导体激光器输出稳定的波长情况下，必须对其温度进行高精度控制。文中介绍了半导体激光器的高精度温度控制原理和方法，详细给出了温控系统的机械结构和致冷器的控制电路。该系统可以达到０．０２℃的控制精度。

双程放大740 mJ TEC冷却LD泵浦Nd∶YAG激光器

报道了一种实现高能量输出的激光二极管(LD)泵浦无水冷全固态Nd∶YAG双程放大器结构。整个放大系统采用了泵浦与晶体棒集成的模块以及半导体制冷器(TEC),从而实现了激光系统的小型化。总腔长为730 mm。在10 Hz重复频率下,主振荡器得到了最大脉冲能量为350 m J的激光输出。脉宽为9.7 ns,光束质量M^2在两个方向分别为7.7和12.3。并进行了双程放大的研究,双程放大后得到了740 m J、10 ns的激光输出。

大功率激光二极管的精密Fuzzy+PI温控系统设计

介绍了一种大功率激光二极管的精密Fuzzy +PI温控系统。利用半导体致冷器对大功率激光二极管进行致冷和精密温控 ,采用模糊控制与PI控制相结合的方法 ,构造了激光二极管的全固态致冷系统。本系统采用 89C51单片机 ,应用CRI(compositionalruleofinference ,推理的合成法则[1] )模糊控制算法 ,温度控制精度高 ,振荡小 ,激光二极管的输出光功率波动峰峰值小于 1‰。

DS18B20在大功率激光二极管恒温制冷系统中的应用

本文介绍了利用数字式温度传感器 ＤＳ１８Ｂ２０构造大功率激光二极管恒温制冷系统的方法．该系统利用ＤＳ１８Ｂ２０作为温度传感元件，单片机作为核心控制部件控制半导体制冷器对大功率激光二极管进行制冷和制热．该系统具有体积小、外围电路简单、温控精度高等特点，温控精度可达±０．１℃．