超快激光器种子泵浦激光二极管的温控电路及其方法与流程

本发明涉及一种超快激光器种子泵浦激光二极管的温控电路及其方法。

背景技术：

1、目前，工业脉冲激光器尤其是超快激光器如皮秒激光器以及飞秒激光器中，一般是采用单模激光二极管(ld)作为种子泵浦源，而泵浦ld的温度变化会直接影响到输出激光波长的偏移，因此需要对ld进行温控。

2、因此，需要设计一种对泵浦ld温度的快速控制的简单有效的温控电路。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种超快激光器种子泵浦激光二极管的温控电路及其方法。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：

3、超快激光器种子泵浦激光二极管的温控电路，特点是：包含运算放大器一、运算放大器二、运算放大器三和半导体制冷器，运算放大器一的正相输入端连接到电容一和电容二的一端，以及运算放大器三的输出端；运算放大器一的负相输入端连接到半导体制冷器的正输入端，以及运算放大器一的输出端，并连接到电阻二的一端；运算放大器二的正相输入端连接到电阻三的一端；电阻三的另一端连接到参考电压；运算放大器二的负相输入端连接到电阻一的一端，同时连接到电阻二的另一端；运算放大器二的输出端连接到半导体制冷器的负输入端，同时连接到电阻一的另一端；运算放大器三的正输入端连接到电阻六和电阻七的一端，且连接温度设定信号端；电阻六的另一端连接到参考电压+2.5v；电阻七的另一端连接到参考地；运算放大器三的负输入端连接到电阻三和电阻四的一端，且连接到电容二的另一端；电阻三的另一端与电容一的另一端相连；运算放大器四的正输入端连接到热敏电阻和电阻八的一端；热敏电阻的另一端连接到参考地；电阻八的另一端连接到参考电压+2.5v；运算放大器四的负输入端连接到电阻五和电容三的一端；运算放大器四的输出端连接到电阻四和电阻五以及电容三的另一端，且连接温度反馈信号端。

4、进一步地，上述的超快激光器种子泵浦激光二极管的温控电路，其中，运算放大器一和运算放大器二为功率运算放大器，由5v单电源供电。

5、进一步地，上述的超快激光器种子泵浦激光二极管的温控电路，其中，运算放大器一为一电压跟随器，正相端输入电压输出驱动半导体制冷器件的正端；运算放大器二为一电压跟随器，输出电压是恒定电压即参考电压vref，驱动半导体制冷器件的负端，调节参考电压vref限定半导体制冷器件的最大工作电压。

6、进一步地，上述的超快激光器种子泵浦激光二极管的温控电路，其中，电阻五和电容三以及运算放大器四构成一跟随器，运算放大器四的输出电压和正端输入脚的输入电压相等，即为热敏电阻上电压；电阻五的阻值为1k～2k，用以限流，电容三的容值为10nf，用以滤波。

7、进一步地，上述的超快激光器种子泵浦激光二极管的温控电路，其中，运算放大器三和电阻三、电阻四、电容一以及电容二构成pi调节器控制的误差放大器，通过运算放大器三的正输入端电压与实际当前温度反馈电压比较后输出相应电压进行温控，运算放大器三和运算放大器四由5v单电源供电，带宽5mhz。

8、进一步地，上述的超快激光器种子泵浦激光二极管的温控电路，其中，电阻六和电阻七阻值相等，阻值10k，当外部温度设定电压信号断开时，电阻六和电阻七对2.5v参考电压分压后形成1.25v的温度设定电压，使种子泵浦ld控制在25℃防止损坏器件；电容一电容值4.7uf，电容二电容值0.1uf，电阻三阻值10k，电阻四阻值5k。

9、本发明超快激光器种子泵浦激光二极管的温控方法，温控系统处于稳定状态，即温度达到设定值，热敏电阻上的电压值和温度设定电压相等，输入到由运算放大器三所构成的误差比较器的正负输入端电压相等，误差比较器的输出电压即输入到运算放大器一的输入电压和运算放大器二的输出电压接近相等，以保证系统维持制热或制冷；当设定温度值低于现有温度值时，由于热敏电阻是负温度系数，温度设定电压大于热敏电阻上的电压值，运算放大器三构成的误差比较器的正输入端电压大于负输入端电压，误差比较器输出运算放大器三的满量程电压值，同时运算放大器一的输出与运算放大器三的输出一致，并且该输出电压大于运算放大器二的输出电压，半导体制冷器的正输入端电压大于负输入端电压，用以制冷；制冷后热敏电阻上的电压值逐渐升高，运算放大器三的负输入端电压也逐渐升高，运算放大器三在pi调节器的作用下，输出电压逐渐降低，与运算放大器二的输出相当，达到平衡；当设定温度值高于现有温度值时，则温度设定电压小于热敏电阻上的电压值，运算放大器三构成的误差比较器的正输入端电压小于负输入端电压，误差比较器的输出电压为0v，运算放大器一的输出也为0v，半导体制冷器的负输入端电压大于正输入端电压，用以制热；制热后热敏电阻上的电压值逐渐降低，运算放大器三的负输入端电压也逐渐降低，运算放大器三在pi调节器的作用下，输出电压逐渐升高，和运算放大器二的输出相当，再次达到新的平衡；在单电源供电情况下，实现制冷和制热的双向控制。

10、更进一步地，上述的超快激光器种子泵浦激光二极管的温控方法，其中，运算放大器一为一电压跟随器，正相端输入电压输出驱动半导体制冷器件的正端；运算放大器二为一电压跟随器，输出电压是恒定电压即参考电压vref，驱动半导体制冷器件的负端，调节参考电压vref用于限定半导体制冷器件的最大工作电压；当运算放大器一的输出电压大于运算放大器二的输出电压即电压vref时，半导体制冷器件处于制冷状态，反之制热状态；当运算放大器一的输出电压与运算放大器二的输出电压相当时温控达到稳定，即处于平衡状态；电阻一和电阻三用以限流；温控稳定后为动态平衡过程，电阻二用以稳定动态平衡。

11、更进一步地，上述的超快激光器种子泵浦激光二极管的温控方法，其中，电阻五和电容三以及运算放大器四构成一跟随器，运算放大器四的输出电压和正端输入脚的输入电压相等，即为热敏电阻上电压；电阻五用以限流，电容三用以滤波；当ld温度为25℃时，热敏电阻上分得的电压是1.25v，当ld温度大于25℃时，热敏电阻上的分压小于1.25v，当ld温度小于于25℃时，热敏电阻上的分压大于1.25v，热敏电阻上的电压输入到运算放大器四的正输入端，设该电压信号为ur，经过跟随器后输出的电压也为ur，即为温度反馈信号，测量时，采集电压信号ur，计算出热敏电阻阻值rt，利用公式(2.5－ur)/r8＝ur/rt，算出rt＝ur/r8(2.5－ur)，计算出热敏电阻阻值，根据查表法或利用ld的热敏电阻系数值换算出当前温度。

12、更进一步地，上述的超快激光器种子泵浦激光二极管的温控方法，其中，运算放大器三和电阻三、电阻四、电容一以及电容二构成pi调节器控制的误差放大器，通过运算放大器三的正输入端电压与实际当前温度反馈电压进行比较后输出相应电压进行温控，运算放大器三和运算放大器四由5v单电源供电，带宽5mhz；电阻六和电阻七阻值相等，当外部温度设定电压信号断开时，电阻六和电阻七对2.5v参考电压分压后形成1.25v的温度设定电压；电容一、电容二、电阻三、电阻四的取值取决于ld本身的热负载特性；设定温度即设定相应的电压值，该电压值就是温控稳定后热敏电阻(rt)上最终电压值ur，利用公式(2.5－ur)/r8＝ur/rt，计算出ur＝2.5rt/(r8+rt)，根据查表法或者根据热敏电阻系数换算出rt值，从而得到设定温度对应的电压值。

13、本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：

14、①本发明简洁有效的温控电路实现对泵浦ld温度的快速控制，采用功率运算放大器驱动种子激光二极管中的半导体制冷器工作，并通过由运放搭建的pi调节器实现制冷和制热的温控，同时可灵活调整半导体制冷器的最大工作电压，简化了电路结构，可靠性好，响应快，成本较低；

15、②功率运放驱动半导体制冷器，替代由金属-氧化物-半导体场效应晶体管组成的半桥或全桥驱动半导体制冷器tec；电路在单电源供电情况下实现制冷和制热的双向控制，同时可以限定tec的最大工作电压；

16、③无需专用tec温控芯片或微控制器，采用运放构建的pi调节器进行控制，响应速度快。

17、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明具体实施方式了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。