一种泵浦激光器的控制系统及面阵列单光子相机技术方案

本实用新型专利技术涉及一种泵浦激光器的控制系统及面阵列单光子相机，控制系统包括内置的温度控制模块，电流控制模块，以及处理器；温度控制模块的输入端连接处理器，温度控制模块的正极供电端、负极供电端连接热电制冷器的电源正极端、电源负极端；处理器的输入端连接有热敏电阻温度传感器，用以测量泵浦激光器的温度；处理器的控制端连接温度控制模块的输入端，用以根据泵浦激光器的温度，控制温度控制模块的正极供电端、负极供电端之间的电压；电流控制模块的输入端连接处理器，电流控制模块的输出端连接泵浦激光器，用以控制泵浦激光器的电流恒定。本实用新型专利技术为模块化设计、体积较小，成本较低，智能化程度较高。智能化程度较高。智能化程度较高。

【技术实现步骤摘要】
一种泵浦激光器的控制系统及面阵列单光子相机


[0001]本技术适用于量子探测和量子通信领域，尤其涉及一种应用于面阵列单光子相机的泵浦激光器控制系统，以及面阵列单光子相机。

技术介绍

[0002]现有技术中，近红外波段量子成像是近年来科学及应用研究的重要方向，属于量子精密测量的重要分支，有着广泛的应用前景。在量子成像领域中，通常采用单光子阵列探测器作为探测单元。应用频率上转换波导制作的面阵列单光子相机，需要将信号光转换成APD探测最优波长的光，在此转化过程中需要用到泵浦激光器对信号光进行放大。
[0003]通常，泵浦激光器是一种理想的电光转换器件，具有很高的量子效率和泵浦效率。并且，泵浦激光器是一种典型的电流驱动型器件，泵浦激光器是否具有良好的输出取决于其输入电流和工作温度。例如，对于半导体泵浦激光器而言，一方面，其电流的改变会引起半导体材料有效折射率的改变，从而影响半导体激光器的输出功率；另一方面，温度的变化会使得谐振腔热胀冷缩产生长度变化，从而影响了半导体激光器输出激光的中心波长，通常波长随温度的变化为0.02~0.2nm/℃。因此，实现对半导体激光器输入电流和工作温度的精密控制是十分重要的。
[0004]目前，泵浦激光器的温度控制一般采用外置的温度控制模块，需要单独的外置电源供电，温度的设定需要手工调节，不够智能，不便于系统性应用，对设备的高度集成化、产业化造成严重阻碍，而且温控模块成本较高。
[0005]并且，泵浦激光器所需的恒流源控制一般采用专用的专用集成电路（ASIC）芯片实现，这种芯片集成度高，但是受限于芯片本身，使用不够灵活，应用范围受限。比如，在一些泵浦激光器级联的情况下，需要较高的电压等级，而此类芯片则不能够满足要求；在一些电流精度要求较高的场合，此类芯片的控制精度也往往达不到要求；另外，此类芯片价格较贵，增大了泵浦激光器的控制系统的成本。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本技术实施例提供了一种泵浦激光器的控制系统及面阵列单光子相机，以解决现有泵浦激光器控制系统的成本较高的问题。
[0007]第一方面，提供一种泵浦激光器的控制系统的技术方案，包括：
[0008]内置的温度控制模块，电流控制模块，以及处理器；
[0009]其中，所述温度控制模块的输入端连接所述处理器，所述温度控制模块的正极供电端连接热电制冷器的电源正极端，所述温度控制模块的负极供电端连接热电制冷器的电源负极端；所述处理器的输入端连接有热敏电阻温度传感器，用以测量所述泵浦激光器的温度；所述处理器的控制端连接所述温度控制模块的输入端，用以根据所述泵浦激光器的温度，控制所述温度控制模块的正极供电端、负极供电端之间的电压；所述电流控制模块的输入端连接所述处理器，所述电流控制模块的输出端连接所述泵浦激光器，用以控制泵浦
激光器的电流恒定。
[0010]可选的，所述温度控制模块包括：
[0011]具有灌电流功能的第一DCDC芯片和第二DCDC芯片，所述第一DCDC芯片的反馈端通过数模转换器连接所述处理器，所述第二DCDC芯片的反馈端通过所述数模转换器连接所述处理器；所述第一DCDC芯片的输出端作为所述温度控制模块的正极供电端，所述第二DCDC芯片的输出端作为所述温度控制模块的负极供电端。
[0012]可选的，所述温度控制模块还包括：
[0013]第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电阻、第二电阻和第三电阻的一端分别连接所述第一DCDC芯片的反馈端，所述第一电阻的另一端连接外部热电制冷器的电源正极端，所述第二电阻的另一端接地，所述第三电阻的另一端连接所述数模转换器的第一输出端。
[0014]可选的，所述温度控制模块还包括：
[0015]第四电阻、第五电阻和第六电阻，所述第四电阻、第五电阻和第六电阻的一端分别连接所述第二DCDC芯片的反馈端，所述第四电阻的另一端连接外部热电制冷器的电源负极端，所述第五电阻的另一端接地，所述第六电阻的另一端连接所述数模转换器的第二输出端。
[0016]可选的，所述电流控制模块包括：
[0017]ADC芯片、运算放大器、具有缓冲电容的输出减振电路，以及MOS开关管；其中，所述ADC芯片的输入端连接泵浦激光器，所述ADC芯片的输出端连接所述运算放大器的第一输入端，所述运算放大器的第二输入端连接所述数模转换器的输出端，所述运算放大器的输出端连接所述输出减振电路的输入端，所述输出减振电路的第一输出端连接所述MOS开关管的栅极，所述输出减振电路的第二输出端连接所述MOS开关管的源极，所述MOS开关管的漏极连接泵浦激光器。
[0018]可选的，所述输出减振电路包括：
[0019]第一阻容支路，其上串设有并联的缓冲电阻R4、缓冲电容C10；所述第一阻容支路的一端连接所述运算放大器的输出端，所述第一阻容支路的另一端连接所述MOS开关管的栅极；第二阻容支路，其上串设有缓冲电容C13、缓冲电阻R16、缓冲电阻R6，以及与所述缓冲电容C13、缓冲电阻R16的串联端并联的缓冲电容C12；所述第二阻容支路的一端连接所述MOS开关管的源极，所述第二阻容支路的另一端接地；第三阻容支路，其上串设有缓冲电容C11、缓冲电阻R15；所述第三阻容支路的一端连接所述第一阻容支路，所述第二阻容电路的另一端分别连接所述缓冲电容C12、缓冲电阻R16和缓冲电阻R6。
[0020]可选的，所述处理器为FPGA。
[0021]可选的，所述控制系统还包括：上位机，所述上位机的通信端与所述PFGA的通信端连接，用于进行人机交互。
[0022]可选的，所述热敏电阻温度传感器和所述泵浦激光器相邻布置在热电制冷器的散热铜板上。
[0023]第二方面，提供一种面阵列单光子相机，包括光纤阵列、泵浦光源、波分复用模块、多通道波导模块和探测器模块，所述泵浦光源包括泵浦激光器，以及第一方面所述的控制系统。
[0024]本技术与现有技术相比存在的有益效果是：
[0025]（1）本技术的控制系统为模块化设计，设置了内置的温度控制模块和电流控制模块，同时具有温度控制和电流控制功能；相比于外置温度控制模块的控制系统，本技术的控制系统的成本低很多，且应用于系统中可通过上位机方便的进行参数调节，智能化程度更高，体积更小。
[0026]（2）采用两个具有灌电流功能的DCDC芯片构成了温度控制模块，用于给热电制冷器进行供电，以控制热电制冷器进行制冷或制热，实现双向温控，达到维持温度稳定的目的，且温控成本较低。
[0027]（3）通过电流控制模块中的运算放大器和MOS开关管实现了泵浦激光器中的电流控制，由于在运算放大器和MOS开关管之间增设了输出减振电路，以保证恒流源电路的稳定而不产生电流振荡现象。
[0028]（4）能够满足泵浦激光器的控制系统的高电压等级需求，控制系统的构成为模块化集成设计，使得产品在制造、维护及运行可靠性等方面得到极大改善，有利于阵列相机的小型化以及产品的市场化。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泵浦激光器的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：内置的温度控制模块，电流控制模块，以及处理器；其中，所述温度控制模块的输入端连接所述处理器，所述温度控制模块的正极供电端连接热电制冷器的电源正极端，所述温度控制模块的负极供电端连接热电制冷器的电源负极端；所述处理器的输入端连接有热敏电阻温度传感器，用以测量所述泵浦激光器的温度；所述处理器的控制端连接所述温度控制模块的输入端，用以根据所述泵浦激光器的温度，控制所述温度控制模块的正极供电端、负极供电端之间的电压；所述电流控制模块的输入端连接所述处理器，所述电流控制模块的输出端连接所述泵浦激光器，用以控制泵浦激光器的电流恒定。2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述温度控制模块包括：具有灌电流功能的第一DCDC芯片和第二DCDC芯片，所述第一DCDC芯片的反馈端通过数模转换器连接所述处理器，所述第二DCDC芯片的反馈端通过所述数模转换器连接所述处理器；所述第一DCDC芯片的输出端作为所述温度控制模块的正极供电端，所述第二DCDC芯片的输出端作为所述温度控制模块的负极供电端。3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述温度控制模块还包括：第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电阻、第二电阻和第三电阻的一端分别连接所述第一DCDC芯片的反馈端，所述第一电阻的另一端连接外部热电制冷器的电源正极端，所述第二电阻的另一端接地，所述第三电阻的另一端连接所述数模转换器的第一输出端。4.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述温度控制模块还包括：第四电阻、第五电阻和第六电阻，所述第四电阻、第五电阻和第六电阻的一端分别连接所述第二DCDC芯片的反馈端，所述第四电阻的另一端连接外部热电制冷器的电源负极端，所述第五电阻的另一端接地，所述第六电阻的另一端连接所述数模转换器的第二输出端。5.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：衣坤朋，樊景丽，蔺际超，刘磊，魏代营，郑名扬，谢秀平，
申请(专利权)人：济南量子技术研究院，
类型：新型
国别省市：