從國內(nèi)外產(chǎn)品來看,國外的研究半導體激光器溫度控制器精度和穩(wěn)定度優(yōu)于國內(nèi),目前產(chǎn)品領先的研發(fā)機構有美國的 Newport 公司、美國 ILX Lightwave 公司。其中美國的 Newport 公司研發(fā)的溫度控制儀器工作范圍為-50~+150°C,1 小時工作穩(wěn)定度為<0.001°C,24 小時工作穩(wěn)定度為<0.005°C。美國 ILX Lightwave 公司溫度控制儀器精度在±0.001°C 內(nèi),長期溫度穩(wěn)定性優(yōu)于 0.005°C。而國內(nèi)的激光器溫控儀器生產(chǎn)機構有北京業(yè)賢科技有限公司、武漢森托尼激光有限公司、武漢九六傳感技術有限公司、武漢泰倫特世紀科技有限公司,其中業(yè)賢科技有限公司 TCM系列高穩(wěn)定性數(shù)字溫控模塊,溫度的穩(wěn)定性可以達到±0.1°C;森托尼激光公司 TT系列溫控儀離散精度為 0.0625°C,控溫的范圍-55~125°C、九六傳感有限公司溫控儀控制精度達到±0.1°C,控溫的范圍 5~45°C,并且恒流連續(xù)輸出,電流噪聲小于0.1%。
從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看,國外研制的一種簡單且廉價的激光二極管控制器,穩(wěn)定工作的電流±8uA和溫度±10mK ,使用 AD590 溫度傳感器,應用了快速傅里葉變換對驅(qū)動電流進行頻譜分析,設計了溫度控制電路和電流控制電路。國外文獻提出了熱電制冷器等效數(shù)學模型,準確的反映制冷制熱性能,可用于設計反饋網(wǎng)絡溫度控制應用程序。提出了激光器大信號異質(zhì)結的數(shù)學模型,能夠模擬激光電流電壓和光電動力學響應特性。提出了一個熱電制冷器的等效模型,推導了高頻調(diào)制下溫度漂移的幅頻與相頻特性。Bong Su Kim;Sung Jin Yoo提出了一種非線性自適應控制方法,實現(xiàn)了理想的跟蹤性能與滿意度。國外有關激光器溫度控制與電流控制的論文較少,并且技術較成熟。因此,主要闡述國內(nèi)有關激光器溫度控制與電流控制的關鍵技術。國內(nèi)天津大學的周瑜等,研制的高精度溫度控制儀器精度能夠達到±0.05°C。中國工程物理研究院江孝國等研究的半導體激光器溫度控制系統(tǒng)溫度控制的穩(wěn)定度達到±0.1°C 以上。有關激光溫度控制方法的研究已經(jīng)有了很大進步,比如曲阜師范大學物理工程學院的馬超等,應用 PID 溫控電路實現(xiàn)高精度溫度控制,溫度精度可以達到 0.004°C,電流控制精度為 0.002mA。北京化工大學的李建威等,應用模糊控制與數(shù)字 PID 自適應相結合的控制算法,將溫度控制范圍劃分為幾個模糊區(qū)間,用實驗的方法確定一個溫度區(qū)間內(nèi)三個環(huán)境溫度點的 PID參數(shù),應用拉格朗日二次插值方法來整定不同環(huán)境溫度下 P、I、D 的參數(shù)值,溫度精度可以達到 0.2°C,對于模糊控制來說,這種方法是很好的,充分利用了插值逼近的思想,但在基準溫度點 PID 參數(shù)整定誤差較大的情況下,利用插值方法整定的 PID 參數(shù)不準確。同時,模糊控制的方法是建立在實際調(diào)試基礎上的,很多情況下沒有給出模糊控制理論證明。大連理工大學的李國林等,通過 PWM 脈寬調(diào)制技術控制固態(tài)繼電器的通斷來調(diào)節(jié)輸出溫度大小,提出了不完全微分方法,在微分項中加入了一階慣性環(huán)節(jié),能夠減少高頻干擾信號,在實際實驗中,高頻的干擾信號參與了微分運算會造成系統(tǒng)控制超前誤判,導致不理想的控制精度。黑龍江大學的任勇等,針對強干擾影響的難題,通過仿真分析,提出了近似階躍變化的強干擾信號處理方法。南京航天航空大學的萬榮榮等,測溫元件為鉑電阻,利用卡爾曼濾波器無偏和估計均方誤差最小的特點,實現(xiàn)溫度信號的最優(yōu)估計和濾波測溫范圍為±80°C,穩(wěn)定度達到±0.02°C。在哈爾濱工業(yè)大學的楊明偉博士論文中,論述了熱電制冷器雙級耦合結構的溫度控制思想,針對環(huán)境溫度的變化,建立一個恒溫環(huán)境,將環(huán)境溫度作為溫控系統(tǒng)的常量輸入和第一級控制對象,而半導體激光器載體模組作為第二級控制對象,這種多模式組合控制的方法中,第一級環(huán)境溫度控制是需要較長時間的預熱處理,然后進行第二級控制,從溫度控制的角度來說,第一級溫度控制精度較高的情況下,不需要第二級控制。在哈爾濱工業(yè)大學的范賢光博士論文中,深入的研究了脈沖注入式半導體激光器的光電熱特性,為半導體激光器熱傳遞分析與溫度控制奠定了基礎。文中闡述了注入電流對光功率的影響,不同工作溫度對光電特性的影響。
綜上所述,國外的半導體激光器溫度控制和電流控制精度優(yōu)于國內(nèi),為了實現(xiàn)低成本、精度高,穩(wěn)定性強的半導體激光器將有利于激光技術的應用。同時,也為實驗室的小位移、小角度、振動測量提供穩(wěn)頻的激光光源。
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