全固态紫外激光器泵浦源驱动电路及高精度温控研制

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5～26℃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1～8.8A，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20～45℃，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。

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1 绪论

1.1 全固态紫外激光器概述

1.2 激光二极管驱动及温控研究现状

1.3 本文的主要研究内容及技术指标

2 激光二极管电源系统设计

2.1 LD电源系统方案

2.2 控制及外设硬件电路

2.3 系统主程序

2.4 本章小结

3 激光二极管恒流源

3.1 LD恒流源系统设计

3.2 恒流源硬件电路

3.3 LD恒流源程序模块

3.4 本章小结

4 激光二极管温度控制系统

4.1 LD温控系统方案

4.2 LD温控硬件电路

4.3 LD温控程序模块

4.4 本章小结

5 LD电源系统性能测试及分析

5.1 工业化LD驱动电源产品研制

5.2 恒流源与温控测试

5.3 LD驱动电源性能综合测试分析

5.4 LD驱动电源性能测试总结

5.5 本章小结

6 全文总结

6.1 本文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表论文目录