密集波分复用(DWDM)光通信网络的高速发展对光器件功能和性能提出了越来越高的要求。光集成器件的温度特性与恒温控制是搭建稳定可靠的光网络的一个关键因素。本论文设计了全封闭、半封闭与双面夹持等三种形式的基于半导体制冷技术的控温系统，并利用有限元分析法对系统内部温度场分布进行了分析，重点考察了温度场分布的均匀性。模拟结果表明，对80mm×80mm×80mm的全封闭型控温模型，系统若采用单片4W的半导体制冷片，封闭箱体内最高温度和最低温度相差约1.7℃；若采用两片各2W的半导体制冷片，封闭箱体内最高温度和最低温度相差约0.5℃；若采用4片各1W的半导体制冷片，封闭箱体内最高温度和最低温度仅相差约0.24℃。对采用两块80mm×60mm的散热片夹住光集成芯片，光集成芯片上的温度最高点与温度最低点大约相差1.6℃～1.8℃。对于用80mm×80mm的散热片覆盖的光集成芯片，当在光集成芯片上附加有光开关热源的情况下，可以观察到，在没有加半导体制冷片时，热源对整个芯片温度分布产生了比较大的影响，热源光开关中心温度为33.36℃，芯片的70％左右的区域温度都上升了1℃以上。在加了半导体制冷片之后，芯片上仅靠近热源附近30％的区域的温度有所改变，芯片其他部分受热源影响很小，几乎保持25℃的初始温度。同时本论文还设计了调温系统的控制驱动电路，它采用带冷接头补偿放大的热电偶放大器芯片AD595、快速型12位逐次逼近式A／D转换器AD574、8位单片机P89C60X2／61X2、D／A转换芯片DAC0808和大功率大电流运算放大器OPA547，可以在-10℃～60℃范围内进行温度扫描。该控温系统具有体积小、使用方便、无污染、成本低的优点。