半导体激光器也称激光二极管(LD),由于它的波长范围宽、体积小、寿命长、光电效率高等优点,已被广泛应用于各个领域。但其对温度的变化非常敏感,如对一个780 nm的窄线宽DFB激光器而言,其自身线宽一般小于1 MHz,而温度每变化1 mK,所引起的频率变化约有30 MHz。为充分发挥激光器的性能,除了其自身结构及驱动电流外,一套性能优良的温控系统是必不可少的。虽然国外研制的激光温控性能优良,一小时的稳定性约为1 mK。但价格非常昂贵,采购周期长,并且体积大,不利于集成。而国内在该领域的研究相对较为落后,相关公司的温控产品一小时的温控稳定性大约在10 mK。因此,自主研制一小时稳定性小于1 mK的高精度温控系统具有重大的现实意义。本文首先根据该设计指标确定总体方案,由此得到各个模块具体的设计要求,接着进行了原理图的设计及元器件的选型,并对各个模块的性能进行了逐一验证,以确保硬件部分不会影响到最终的温控效果。尽管已经选用了低温漂低噪声器件,但部分模块还是无法满足系统噪声要求,在软件中加入对应的算法来减小硬件噪声的影响。在完成整个原理图设计后,还进行了详细的PCB单板设计,包括无源器件的选型、布局布线设计、散热设计、EMC/ESD设计等。之后对单板的各个模块逐一进行测试,与理论分析值能够基本吻合。并将该温控用于一台DBR半导体激光器,将PI参数调整至合适值,进行温控稳定性的测试,测试结果一小时的温控稳定性为1 mK。最后还自制了一款简易的恒流源给DBR供电使其自由运转,并将自由运转的DBR和另外一台已锁频的DBR进行拍频,精确测定其输出频率的变化,从而得到温控的实际效果,增强了数据的说服力。