高精度垂直腔面发射激光器自动温控系统设计

张毅博 吴红芳 姚腾飞

摘 要 依附于半导体致冷器的温控原理，分析了以半导体致冷器ADN8831为基础的温控系统电路设计，在此基础上匹配于实际，对垂直腔面发射激光器在温控环境中的工作情况与温控水平予以测试。结果显示：垂直腔面发射激光器在温控环境中工作状态平稳，且性能不受影响；而我们研发的自动温控系统具有一定的控制精度，超过0.01摄氏度，同时有较快的响应速率，适用于垂直腔面发射激光器的温控要求。

【关键词】高精度 VCSEL激光器 自动温控系统 研发

较之常规的激光器，VCSEL（垂直腔面发射激光器）的优势包括下述几方面：单纵模工作、相对较小的threshold current以及High modulation frequency。因此，垂直腔面发射激光器被医疗、光通信以及光电等领域所广泛应用。Coherent Population Trapping的应用研究，其中包括相干布居数囚禁原子钟以及相干布居数囚禁磁测等，均需小线宽、High modulation frequency的Coherent light source，垂直腔面发射激光器即首选光源。而温度对高精度VCSEL的输出能力具有较大的作用，功率及波长都和温度存在内质联系。文章将以浅析高精度垂直腔面发射激光器自动温控系统设计作为切入点，在此基础上予以深入的探究，相关内容如下所述。

1 半导体制冷器的温度控制简述

此次研究的Driven control器件为七百九十五纳米波长的单模垂直腔面发射激光Diode，即为Current driver，同时内部集成了用于温度检测的NTC热敏电阻，同时还集成了能够予以温度控制的半导体热电制冷器。

半导体致冷器即为半导体型P-N结器件，其在电流以差异化的方向通过各金属材料结的过程中，可以对与其接触的物体予以制热及制冷。……