高精度半导体激光器温度传感与控制系统

　　在精密测量、激光测距、激光准直、光信息处理、光存储、光计算机以及激光引信等方面，半导体激光器具有超小型，高效率、结构简单、成本低、易于调制等优点，获得了广泛的应用。但是温度的不稳定严重影响了半导体激光器的工作状态，同时使得半导体激光器的输出波长发生漂移，大大影响了迈克尔逊干涉测量。因此在实际应用半导体激光器的时候，必须对其工作温度进行精密控制。

　　本文以半导体激光器温度控制为目的，利用RC串联系统充放电原理与热敏电阻的温度特性，设计了高精度宽范围的温度传感电路，并通过设计二次充放电电路加快充放电时间，缩短测量时间。针对此系统，利用FPGA+USB的架构，设计用于数据采集的相差脉冲计数模块以及用于数据通讯的USB接口模块。最后，利用固件程序配置USB芯片CY7C68013A，将温度数据通过USB传输到上位机，通过TEC半导体制冷器驱动电路对激光器加热或者制冷，并对实验进行了相关的分析。主要研究内容如下：

　　首先，简单介绍了半导体激光器的特性，分析了影响半导体激光器输出波长的各种因素，得出了温度是重要因素的结论，并结合迈克尔逊干涉实验，从干涉条纹质量的角度说明了对其进行温度控制的必要性。

　　其次，选驭了热敏电阻为温度传感器，通过与传统电桥电路比较分析，利用热敏电阻的负温度系数特性设计了RC串联充放电电路，其中包括正弦信号源产生设计，二阶滤波电路设计，放大与比较电路设计等。在此基础上设计和分析了加快充放电时间的二次充放电电路，也从数学角度分析了电阻与温度的关系以及比较电压选取等，同时也简单介绍了整体电路PCB板的制作。

　　第三，系统采用FPGA+USB的架构，FPGA作为控制器，USB作为数据的传输通道。介绍了FPGA与USB相关技术，利用Verilog语言设计了电路产生的脉宽脉冲计数模块以及数据通讯的USB的接口模块。软件上，设计了USB驱动程序，USB控制芯片的固件程序，与PC通信的Nios II程序。上位机界面在VC++6.0平台下开发，实时显示数据，并控制下位机通过TEC驱动电路驱动TEC进行温度自动调节。

　　最后，对系统实验进行分析。