一種無低頻噪聲的半導體激光器數字溫控系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種無低頻噪聲的半導體激光器數字溫控系統，包括正弦信號源電路、熱敏電橋電路、差分放大電路、混頻器、有源低通濾波電路、A/D轉換器、中央處理器、增益開關，還包括D/A轉換器和TEC驅動電路模塊，中央處理器與串口通信電路連接。本實用新型專利技術采用交流信號作為參考源，能夠大大降低直流信號中低頻噪聲的干擾，能夠更為有效地控制激光器的溫度，降低激光器溫度的長期漂移；采用熱敏電橋輸入，產生穩定的參考信號，能夠更為有效的獲得誤差信號；可以通過中央處理器對增益開關的控制，實現了誤差信號的增益系數精確自動控制，從而在實現溫度精確控制的同時，有效的保護了差分放大器，延長了其使用壽命。

A digital temperature control system for semiconductor lasers without low-frequency noise

The utility model discloses a semiconductor laser temperature control system of a low frequency noise, including sine signal source circuit, thermal bridge circuit, differential amplifier, mixer, low-pass filter circuit, A/D converter, a central processor, including gain switch, D/A converter and TEC drive circuit module, a central processor and serial communication circuit connection. The utility model adopts the AC signal as the reference source, to low frequency noise in DC signal is greatly reduced, can effectively control the temperature of the laser, reduce long-term temperature drift of the laser; the thermal bridge input reference signal is generated to be more stable, in order to obtain the error signal effectively; can control the switch to gain the central processor, realize the accurate automatic control of gain coefficient of error signal, so as to achieve accurate control of the temperature at the same time, the effective protection of the differential amplifier, prolong its life.

【技術實現步驟摘要】
一種無低頻噪聲的半導體激光器數字溫控系統
本技術涉及溫度控制
，具體涉及一種無低頻噪聲的半導體激光器數字溫控系統。
技術介紹
半導體激光器作為一種新型的激光光源，因其體積小、重量輕、效率高、低功率驅動等優點，而應用于各個領域。在量子信息領域，對于離子阱系統的量子操作，需要用到窄線寬、頻率穩定的激光器對離子進行冷卻，但是半導體激光器受溫度影響較大，表現在輸出波長、閾值電流、輸出功率、使用壽命等，進一步對半導體激光器的溫度控制的改進顯得尤為重要。半導體激光器一般由激光二極管、光電二極管、熱敏電阻、熱電制冷器(TEC)等構成。熱敏電阻一般是一種負溫度系數的電阻，是溫控系統的溫度探測元件，并通過外部電路實時監測激光二極管的管芯溫度。TEC是一種能同進行制冷和加熱的半導體器件，根據帕耳貼效應，當給TEC提供驅動電流時，TEC一面發熱，另一面同時制冷，而當驅動電流反向時，冷熱面互換。TEC的發熱或制冷量與驅動電流密切相關，可以通過改變驅動電流大小來使TEC溫度恒定。
技術實現思路
本技術的目的在于針對現有技術中存在的上述問題，提供一種無低頻噪聲的半導體激光器數字溫控系統，能夠更加穩定的控制溫度，降低半導體激光器輸出頻率的漂移及有效控制閾值電流，提高使用壽命，為囚禁離子和量子操作提供更加穩定的實驗環境。本技術目的通過下述技術方案來實現：一種無低頻噪聲的半導體激光器數字溫控系統，包括正弦信號源電路，正弦信號源電路通過熱敏電橋電路與差分放大器連接，差分放大器和正弦信號源電路均與混頻器連接，混頻器依次通過有源低通濾波電路、A/D轉換器與中央處理器連接，中央處理器通過增益開關與差分放大器連接，中央處理器還依次通過D/A轉換器與TEC驅動電路模塊連接。如上所述的中央處理器還與串口通信電路連接。本技術相對于現有技術具有以下優點：(1)采用交流信號作為參考源，能夠大大降低直流信號中低頻噪聲的干擾，能夠更為有效地控制激光器的溫度，降低激光器溫度的長期漂移。(2)采用熱敏電橋電路輸入，產生穩定的參考信號，能夠更為有效的獲得誤差信號。(3)通過中央處理器對增益開關的控制，實現了誤差信號的增益系數精確控制。附圖說明圖1為本技術結構框圖。圖2為增益開關與差分放大器的實施電路原理圖。具體實施方式下面結合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本技術的技術方案，但附圖中的實施例不構成對本技術的任何限制。如圖1所示，一種無低頻噪聲的半導體激光器數字溫控系統，包括正弦信號源電路(可選用XR2206芯片，10KHz)、熱敏電橋電路、差分放大器(可選用AD620)、混頻器(可選用AD633)、有源低通濾波電路、A/D轉換電路(可選用AD7712)、D/A轉換電路(可選用AD5722)、中央處理器(可選用AT89S52TQFP)、增益開關(可選用ADG1611)、TEC驅動電路模塊和串口通信電路。正弦信號源電路通過熱敏電橋電路與差分放大器連接，差分放大器和正弦信號源電路均與混頻器連接，混頻器依次通過有源低通濾波電路、A/D轉換器與中央處理器連接，中央處理器通過增益開關與差分放大器連接，中央處理器還依次通過D/A轉換器與TEC驅動電路模塊連接。中央處理器還與串口通信電路連接。正弦信號源電路產生正弦交流信號作為初始信號，初始信號經過一個熱敏電橋電路，熱敏電橋電路可以由一個放置在激光器內部的熱敏電阻、三個10KΩ的固定電阻和一個最大阻值10KΩ的可變電阻構成，初始信號經過熱敏電橋電路后輸出差分信號到差分放大器。差分放大器對差分信號進行放大后輸出誤差信號到混頻器，誤差信號與正弦信號源電路產生的初始信號都接入混頻器進行混頻并輸出混頻信號到有源低通濾波電路，混頻信號可視為誤差信號和初始信號的乘積，混頻信號可以表示為其中f1為初始信號幅值，f2為誤差信號幅值，ω為初始信號的頻率，k為增益系數。混頻信號進入有源低通濾波電路中進行濾波輸出濾波信號到A/D轉換器，有源低通濾波電路可以包括二階濾波電路，以及兩端分別連接在二階濾波的輸入端和輸出端的負反饋電路，二階濾波電路為二階有源濾波電路，負反饋電路是由一個OP07芯片構成的反向放大電路，能夠實現更為穩定的濾波效果。經過有源低通濾波電路后輸出的濾波信號可以表示為：濾波信號經過A/D轉換器轉換為數字信號輸入到中央處理器中。中央處理器可以輸出增益倍數信號到增益開關，增益開關根據增益倍數信號調節與差分放大器的增益控制端連接的增益電阻的大小，進而對差分放大器的增益系數進行控制。其中，增益開關包括若干個通斷開關和一個控制端，差分放大器的增益控制端并聯有與通斷開關數目一致的增益控制單元，每個增益控制單元包括串聯的一個通斷開關和一個增益電阻，通過增益開關的控制端接入的增益倍數信號控制各個通斷開關的通斷，進而控制差分放大器的增益控制端接入的等效電阻的大小，進而控制差分放大器的增益系數。通過連接電腦的串口電路可以觀察誤差信號的變化以及數字信號對應的激光器相對溫度的波動。當數字信號對應的激光器相對溫度的波動基本不變時，這說明激光器的溫度已經穩定了下來，能夠滿足實驗的要求。中央處理器將數字信號轉換為溫度數字調制信號并輸出到D/A轉換器，D/A傳感器將溫度數字調制信號轉換為溫度模擬調制信號輸出到TEC驅動電路模塊，進而對TEC進行控制。優選的，熱敏電阻放置在激光器銅板的內部，靠近激光頭的位置，TEC用來控制激光器銅板的溫度，保證熱敏電阻與TEC的溫度基本一致。最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本技術的技術方案而非對本技術保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本技術作了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本技術的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術技術方案的實質和范圍。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種無低頻噪聲的半導體激光器數字溫控系統，包括正弦信號源電路，其特征在于，正弦信號源電路通過熱敏電橋電路與差分放大器連接，差分放大器和正弦信號源電路均與混頻器連接，?混頻器依次通過有源低通濾波電路、A/D轉換器與中央處理器連接，中央處理器通過增益開關與差分放大器連接，中央處理器還依次通過D/A轉換器與TEC驅動電路模塊連接。

【技術特征摘要】
1.一種無低頻噪聲的半導體激光器數字溫控系統，包括正弦信號源電路，其特征在于，正弦信號源電路通過熱敏電橋電路與差分放大器連接，差分放大器和正弦信號源電路均與混頻器連接，混頻器依次通過有源低通濾波電路、A/D轉換器與中央處理...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉志超，陳亮，何九洲，李冀，陳義和，馮芒，
申請(專利權)人：中國科學院武漢物理與數學研究所，
類型：新型
國別省市：湖北,42