蝶形半导体激光器低噪声驱动电路的设计与实现.pdf

盐城工学院硕士学位论文摘要

摘要

蝶形半导体激光器是小型、高效、集成度高的光学精密器件，常用于光通讯、

医疗、军事等领域。它工作时需要稳定的电流和温度，来维持激光器光功率和输

出波长的稳定。为保证其工作性能，根据蝶形半导体激光器的内部工作原理和出

光特性，设计一款具备恒流源驱动和温度控制功能的激光器低噪声驱动电路，在

小体积和低成本的同时，能够提供可调节的电流输出和稳定的工作温度。通过采

取有效的噪声抑制措施，实现恒流输出的稳定性，从而提高在其应用领域的可靠

性。

(MicrocontrollerUnitMCU

恒流驱动电路设计采用压控流型，通过单片机（，）

芯片内部数模转换器（Digitaltoanalogconverter,DAC）输出电压控制N型金

属-氧化物-半导体（N-Metal-Oxide-Semiconductor，NMOS）的导通程度，实现恒

流输出和电流可调。同时引入闭环负反馈和噪声抑制措施提高输出电流的稳定性

和可靠性。为防止激光器工作时受到损坏，采用延时启动和过流保护等防护措施。

温度控制电路根据激光器内部热电冷却器(Thermo-ElectricCooler,TEC)的工

作原理和特性，通过数学建模的方法进行数据采集和曲线拟合求TEC模块传递函

数。利用MATLAB中的Simulink仿真工具搭建温度控制系统仿真模型，通过改

进粒子群优化算法(ParticleSwarmOptimization,PSO)迭代寻优PID(Proportional-

Integral-Derivative,PID)控制器参数，最终应用到实际温控电路。通过MCU内部

的模数转换器（Analog-to-digitalconverter,ADC）采集激光器内部热敏电阻上的

电压值，转换得到实时温度值，通过PID算法和预设温度值进行对比，比对结果

通过MCU输出相应的控制信号到RZ7899芯片引脚，改变电流流入TEC模块的

大小及方向，实现温度控制。

为增强人机交互性，驱动OLED屏幕显示激光器实时温度值和电流值，通过

独立按键调节电流值大小。最终对驱动电路进行测试分析，测试结果表明，此驱

动电路可以给激光器提供稳定的电流和温度。恒流源输出电流值线性关系良好；

电流从10mA递增到120mA，输出最大误差0.08mA；恒流源持续输出60mA电

1h0.10%2h0.52%50mA

流，稳定性为。温度控制电路内温度稳定性为；在电流，

温度25℃条件下，激光器连续运行2h，波长最大漂移为0.011nm。

关键词：蝶形半导体激光器，恒流源，温度控制，噪声抑制，PSO，PID

I

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Abstract

Butterflysemiconductorlaserisasmall,efficientandhighlyintegratedopticalprecision

device,whichiscommonlyusedinopticalcommunication,medicaltreatment,militaryand

otherfields.Itneedsstablecurrentandtemperaturetomaintainthestabili