本文對用于通信設備的半導體激光器溫度控制電路進行了模型建立和分析，并從自動控制的角度對溫控電路形式進行了詳細的性能指標分析和測試，通過對不同的控制方法的仿真分析和實測數據的對比得出了一種較為有效的溫度控制電路，可以滿足一般溫控系統的要求。

在光纖通信領域，通常使用半導體激光器作為光源，而半導體激光器的發射波長與管芯的溫度密切相關，溫度升高將導致波長變長（一般為0.1nm℃），對于一般的單波長光通信系統來說，波長的漂移對系統性能并無太大影響。但對于密集波分復用系統（DWDM），由于通道間的波長間隔已經很小，保持波長的穩定就變得非常重要。例如，工作在C波段的32波系統，通路波長間隔為100GHz（約0.8nm），而工作在C+L波段的160波系統，通路波長間隔為50GHz（約0.4nm）。因此，如果不對激光器管芯的溫度加以控制，微小的溫度變化將導致整個系統的不可用。另外，半導體激光器是對溫度敏感的器件，其閾值電流、輸出波長以及輸出光功率的穩定性都對溫度非常敏感，其工作壽命也與其工作溫度密切相關。

實驗表明，溫度每升高30℃激光器的壽命會降低一個數量級。對于可靠性要求高的場合，且保證激光器的壽命就需要對管芯溫度加以控制，這樣在系統中就需要附加一個自動溫度控制電路（ATC）來實現對激光器管芯的溫度控制。

1.溫度控制系統原理

如圖1是一個典型的溫度控制系統原理框圖，傳感器將測量到的實際溫度值與設定溫度值進行比較得出誤差信號，誤差信號送入控制器并驅動執行器對溫度進行調節，由于反饋的作用，使得整個系統的溫度始終穩定在設定值上。

在光通信系統中，一般有兩類光源需要進行溫度控制。一類是作為通信光源用的激光器，一類是泵浦激光器，而在這兩類光器件中，通常都集成了用于構成溫度控制電路的熱敏電阻和熱電致冷器（TEC：

進行致冷或致熱）。

那么，外圍電路就需要完成溫度檢測信號的放大，經過適當的控制器電路后，通過功率放大器去驅動TEC致冷器完成溫控過程。因此，溫控電路主要的環節有：

溫度信號檢測放大電路、控制器電路以及功率放大電路等。

2.熱模型的建立

一般帶致冷激光器的常見結構是首先將激光器、背光管、熱敏電阻等組件安裝在一個子熱沉上，然后再固定到TEC制冷器上，當溫控電路正常工作時，位于TEC上的子熱沉將恒定在某一設定溫度值。當給TEC致冷器通不同極性的電流時能夠分別實現致冷或致熱，無論處于致冷還是致熱狀態，溫度都不會突變，而是一個緩慢變化的過程。而在一定的電流下，當時間足夠長時由于外界的熱交換達到了平衡狀態，溫度將維持在某一個值（即與殼體間的恒定溫差ΔT）。因此可以推測TEC致冷器在傳遞函數模型上類似于一階慣性環節為了確定Ktec和Ttec，以某恒定電流作為TEC致冷器輸入，并通過熱敏電阻檢測溫度的變化，將采集到的溫度與時間的關系通過計算機繪制得到相應的曲線。

以激光器FUJITSU的FLD5F6CXF為例，經過測量Ttec可取6秒，Ktec可取90，即1安培電流能獲得的溫差約為90℃。由于TEC致冷器和溫度傳感器之間存在一定的距離，所以還需考慮這種距離帶來的溫度延遲時間，被測的FUJITSU激光器的熱延遲時間t大約為100毫秒左右，由于延遲的存在，相當于在控制回路中增加了一個延遲環節。