高精度半導體激光器溫度傳感與控制系統(tǒng)

　　在精密測量、激光測距、激光準直、光信息處理、光存儲、光計算機以及激光引信等方面，半導體激光器具有超小型，高效率、結構簡單、成本低、易于調(diào)制等優(yōu)點，獲得了廣泛的應用。但是溫度的不穩(wěn)定嚴重影響了半導體激光器的工作狀態(tài)，同時使得半導體激光器的輸出波長發(fā)生漂移，大大影響了邁克爾遜干涉測量。因此在實際應用半導體激光器的時候，必須對其工作溫度進行精密控制。

　　本文以半導體激光器溫度控制為目的，利用RC串聯(lián)系統(tǒng)充放電原理與熱敏電阻的溫度特性，設計了高精度寬范圍的溫度傳感電路，并通過設計二次充放電電路加快充放電時間，縮短測量時間。針對此系統(tǒng)，利用FPGA+USB的架構，設計用于數(shù)據(jù)采集的相差脈沖計數(shù)模塊以及用于數(shù)據(jù)通訊的USB接口模塊。最后，利用固件程序配置USB芯片CY7C68013A，將溫度數(shù)據(jù)通過USB傳輸?shù)?a target='_blank' class='arckwlink_none'>上位機，通過TEC半導體制冷器驅動電路對激光器加熱或者制冷，并對實驗進行了相關的分析。主要研究內(nèi)容如下：

　　首先，簡單介紹了半導體激光器的特性，分析了影響半導體激光器輸出波長的各種因素，得出了溫度是重要因素的結論，并結合邁克爾遜干涉實驗，從干涉條紋質(zhì)量的角度說明了對其進行溫度控制的必要性。

　　其次，選馭了熱敏電阻為溫度傳感器，通過與傳統(tǒng)電橋電路比較分析，利用熱敏電阻的負溫度系數(shù)特性設計了RC串聯(lián)充放電電路，其中包括正弦信號源產(chǎn)生設計，二階濾波電路設計，放大與比較電路設計等。在此基礎上設計和分析了加快充放電時間的二次充放電電路，也從數(shù)學角度分析了電阻與溫度的關系以及比較電壓選取等，同時也簡單介紹了整體電路PCB板的制作。

　　第三，系統(tǒng)采用FPGA+USB的架構，F(xiàn)PGA作為控制器，USB作為數(shù)據(jù)的傳輸通道。介紹了FPGA與USB相關技術，利用Verilog語言設計了電路產(chǎn)生的脈寬脈沖計數(shù)模塊以及數(shù)據(jù)通訊的USB的接口模塊。軟件上，設計了USB驅動程序，USB控制芯片的固件程序，與PC通信的Nios II程序。上位機界面在VC++6.0平臺下開發(fā)，實時顯示數(shù)據(jù)，并控制下位機通過TEC驅動電路驅動TEC進行溫度自動調(diào)節(jié)。

　　最后，對系統(tǒng)實驗進行分析。
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