本實用新型涉及溫度控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無低頻噪聲的半導(dǎo)體激光器數(shù)字溫控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體激光器作為一種新型的激光光源，因其體積小、重量輕、效率高、低功率驅(qū)動等優(yōu)點，而應(yīng)用于各個領(lǐng)域。在量子信息領(lǐng)域，對于離子阱系統(tǒng)的量子操作，需要用到窄線寬、頻率穩(wěn)定的激光器對離子進行冷卻，但是半導(dǎo)體激光器受溫度影響較大，表現(xiàn)在輸出波長、閾值電流、輸出功率、使用壽命等，進一步對半導(dǎo)體激光器的溫度控制的改進顯得尤為重要。

半導(dǎo)體激光器一般由激光二極管、光電二極管、熱敏電阻、熱電制冷器(TEC)等構(gòu)成。熱敏電阻一般是一種負溫度系數(shù)的電阻，是溫控系統(tǒng)的溫度探測元件，并通過外部電路實時監(jiān)測激光二極管的管芯溫度。TEC是一種能同進行制冷和加熱的半導(dǎo)體器件，根據(jù)帕耳貼效應(yīng)，當給TEC提供驅(qū)動電流時，TEC一面發(fā)熱，另一面同時制冷，而當驅(qū)動電流反向時，冷熱面互換。TEC的發(fā)熱或制冷量與驅(qū)動電流密切相關(guān)，可以通過改變驅(qū)動電流大小來使TEC溫度恒定。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種無低頻噪聲的半導(dǎo)體激光器數(shù)字溫控系統(tǒng)，能夠更加穩(wěn)定的控制溫度，降低半導(dǎo)體激光器輸出頻率的漂移及有效控制閾值電流，提高使用壽命，為囚禁離子和量子操作提供更加穩(wěn)定的實驗環(huán)境。

本實用新型目的通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種無低頻噪聲的半導(dǎo)體激光器數(shù)字溫控系統(tǒng)，包括正弦信號源電路，正弦信號源電路通過熱敏電橋電路與差分放大器連接，差分放大器和正弦信號源電路均與混頻器連接，混頻器依次通過有源低通濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換器與中央處理器連接，中央處理器通過增益開關(guān)與差分放大器連接，中央處理器還依次通過D/A轉(zhuǎn)換器與TEC驅(qū)動電路模塊連接。

如上所述的中央處理器還與串口通信電路連接。

本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點：

(1)采用交流信號作為參考源，能夠大大降低直流信號中低頻噪聲的干擾，能夠更為有效地控制激光器的溫度，降低激光器溫度的長期漂移。

(2)采用熱敏電橋電路輸入，產(chǎn)生穩(wěn)定的參考信號，能夠更為有效的獲得誤差信號。

(3)通過中央處理器對增益開關(guān)的控制，實現(xiàn)了誤差信號的增益系數(shù)精確控制。

附圖說明

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為增益開關(guān)與差分放大器的實施電路原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本實用新型的技術(shù)方案，但附圖中的實施例不構(gòu)成對本實用新型的任何限制。

如圖1所示，一種無低頻噪聲的半導(dǎo)體激光器數(shù)字溫控系統(tǒng)，包括正弦信號源電路(可選用XR2206芯片，10KHz)、熱敏電橋電路、差分放大器(可選用AD620)、混頻器(可選用AD633)、有源低通濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路(可選用AD7712)、D/A轉(zhuǎn)換電路(可選用AD5722)、中央處理器(可選用AT89S52TQFP)、增益開關(guān)(可選用ADG1611)、TEC驅(qū)動電路模塊和串口通信電路。

正弦信號源電路通過熱敏電橋電路與差分放大器連接，差分放大器和正弦信號源電路均與混頻器連接，混頻器依次通過有源低通濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換器與中央處理器連接，中央處理器通過增益開關(guān)與差分放大器連接，中央處理器還依次通過D/A轉(zhuǎn)換器與TEC驅(qū)動電路模塊連接。中央處理器還與串口通信電路連接。

正弦信號源電路產(chǎn)生正弦交流信號作為初始信號，初始信號經(jīng)過一個熱敏電橋電路，熱敏電橋電路可以由一個放置在激光器內(nèi)部的熱敏電阻、三個10KΩ的固定電阻和一個最大阻值10KΩ的可變電阻構(gòu)成，初始信號經(jīng)過熱敏電橋電路后輸出差分信號到差分放大器。

差分放大器對差分信號進行放大后輸出誤差信號到混頻器，誤差信號與正弦信號源電路產(chǎn)生的初始信號都接入混頻器進行混頻并輸出混頻信號到有源低通濾波電路，混頻信號可視為誤差信號和初始信號的乘積，混頻信號可以表示為

其中f1為初始信號幅值，f2為誤差信號幅值，ω為初始信號的頻率，k為增益系數(shù)。

混頻信號進入有源低通濾波電路中進行濾波輸出濾波信號到A/D轉(zhuǎn)換器，有源低通濾波電路可以包括二階濾波電路，以及兩端分別連接在二階濾波的輸入端和輸出端的負反饋電路，二階濾波電路為二階有源濾波電路，負反饋電路是由一個OP07芯片構(gòu)成的反向放大電路，能夠?qū)崿F(xiàn)更為穩(wěn)定的濾波效果。經(jīng)過有源低通濾波電路后輸出的濾波信號可以表示為：

濾波信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入到中央處理器中。中央處理器可以輸出增益倍數(shù)信號到增益開關(guān)，增益開關(guān)根據(jù)增益倍數(shù)信號調(diào)節(jié)與差分放大器的增益控制端連接的增益電阻的大小，進而對差分放大器的增益系數(shù)進行控制。

其中，增益開關(guān)包括若干個通斷開關(guān)和一個控制端，差分放大器的增益控制端并聯(lián)有與通斷開關(guān)數(shù)目一致的增益控制單元，每個增益控制單元包括串聯(lián)的一個通斷開關(guān)和一個增益電阻，通過增益開關(guān)的控制端接入的增益倍數(shù)信號控制各個通斷開關(guān)的通斷，進而控制差分放大器的增益控制端接入的等效電阻的大小，進而控制差分放大器的增益系數(shù)。

通過連接電腦的串口電路可以觀察誤差信號的變化以及數(shù)字信號對應(yīng)的激光器相對溫度的波動。當數(shù)字信號對應(yīng)的激光器相對溫度的波動基本不變時，這說明激光器的溫度已經(jīng)穩(wěn)定了下來，能夠滿足實驗的要求。

中央處理器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)字調(diào)制信號并輸出到D/A轉(zhuǎn)換器，D/A傳感器將溫度數(shù)字調(diào)制信號轉(zhuǎn)換為溫度模擬調(diào)制信號輸出到TEC驅(qū)動電路模塊，進而對TEC進行控制。

優(yōu)選的，熱敏電阻放置在激光器銅板的內(nèi)部，靠近激光頭的位置，TEC用來控制激光器銅板的溫度，保證熱敏電阻與TEC的溫度基本一致。

最后應(yīng)當說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非對本實用新型保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型作了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的實質(zhì)和范圍。