【摘 要】
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微片激光器具有结构紧凑、体积小、电光转换效率高、使用寿命长等特点,在激光雷达、光存储及光通信等领域得到应用。但小体积也导致微片激光器受热效应的影响,在激光器运转时,其平均输出功率和光束质量出现不同程度的下降,因而有必要对激光器的温度加以控制。本文从激光二极管的发热机理出发,建立了相应的几何模型和温度分布模型,利用有限元软件仿真了二极管的温度分布。对于激光晶体,本文主要研究了调Q重复频率及脉冲泵浦频
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微片激光器具有结构紧凑、体积小、电光转换效率高、使用寿命长等特点,在激光雷达、光存储及光通信等领域得到应用。但小体积也导致微片激光器受热效应的影响,在激光器运转时,其平均输出功率和光束质量出现不同程度的下降,因而有必要对激光器的温度加以控制。本文从激光二极管的发热机理出发,建立了相应的几何模型和温度分布模型,利用有限元软件仿真了二极管的温度分布。对于激光晶体,本文主要研究了调Q重复频率及脉冲泵浦频率对其温度的影响,同时也分析了在不同散热条件、不同泵浦光功率、束腰半径及分布模式下晶体的温度特性。对激光器的温度分布进行研究之后,提出了一种整体式的温度控制方案,建立物理模型并推导得到了整个温度控制系统的数学模型。根据控制对象的特点,对数学模型进行了一阶滞后近似。针对控制系统的时滞性,利用变论域方法对模糊PID控制器加以改进,即对误差进行分级,在不同的区间采用不同的伸缩因子,相当于增加了控制规则,进而对模糊控制器的论域进行实时调整。在MATLAB/SIMULINK中对常规PID、模糊PID及变论域模糊PID的控制效果进行了比较,仿真结果显示,变论域模糊PID控制的稳定性及抗干扰能力更强。最后,通过硬件设计对上述控制方法进行了实现。温控系统使用STM32F103RET6芯片作为控制核心,DRV592芯片驱动半导体制冷片（TEC）,铂电阻测量激光器的温度,实现了对激光器的闭环负反馈控制。经实验分析,温控系统的控制精度及稳定度达到设计要求。
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