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根据半导体热电致冷器（TEC）工作的基本原理，分析了光纤光源模块的温度动态特性，建立了与之对应的数学模型．对光源模块进行了实际实验测试，采用多点频率的工作电流驱动TEC模块，通过光源模块内部的热敏元件采样光源管芯温度的动态数据，用最小二乘法进行数据拟合，得到了与数学模型十分接近的结果，因此可以确定数学模型中的待定参数．采用MAX1978单片TEC控制器，根据温度动态特性数学模型设计了最优的比例积分微分（PID）补偿网络，实现了光纤光源的温度控制系统，得出了TEC温度控制系统对光源有良好的控制精度和稳定性．