全固态紫外激光器泵浦源驱动电路及高精度温控研制

作     者：王宗清 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：段军

授予年度：2015年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：激光二极管 恒流驱动 温度控制 温控算法 半导体制冷器 

摘      要：紫外激光波长短、聚焦性能好及可实现“冷加工的特性,使之广泛应用于医疗、高分辨光谱学、空间光通信、微加工等领域。近年来,激光二极管(Laser Diode,LD)泵浦的全固态紫外激光器(紫外DPSSL)因具有效率高、体积小、重复频率高、性能稳定等特点已成为紫外激光器的主要发展方向。但是LD对工作环境要求比较高,LD的工作温度与工作电流相互影响,电流和温度的波动会改变LD的输出波长和功率,进而影响全固态紫外激光器的输出特性。因此,研制电流连续可调、长时间稳定度高的恒流驱动电路和高精度温控系统是实现紫外DPSSL工业化的关键一环。本文设计的LD电源,主要内容有LD的驱动电路和高精度温控两部分。电源系统选用DSP F28335作为控制核心,由按键与液晶显示面板组成的用户界面完成对电源的控制。恒流驱动电路通过将高精度电流检测电阻PBV-R010反馈的电压值和设定电压值分别输入模拟比例-积分电路,经过电路运算处理输出控制电压,调节大功率调整管IRF150N的通断程度来稳定电流。此外,恒流驱动电路设有硬件、软件双重过流保护及延时软启动功能,避免损坏激光二极管。高精度温控系统选用由恒流模块驱动的半导体制冷器进行制冷,制冷效率由分段积分的比例-积分-微分控制算法输出控制量改变恒流模块的电流值来调节。在56℃环境下对该电路系统进行6h连续工作测试,实现对双路50W大功率激光二极管的恒流驱动及恒温控制。驱动电流调节范围1.8A,在驱动电路长时间工作于7.5A时,测得电流波动≤0.01A,稳定度达0.13%;温控范围为205℃,温控精度达到±0.02℃。测试结果说明,本文设计的LD电源提供的恒流源和温度控制调节范围广,控制精度高,能够长时稳定工作,对紫外DPSSL工程化发展具有一定应用价值。