半導(dǎo)體激光器自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)，包括LD激光二極管、TEC制冷器和PIN二極管，LD激光二極管和PIN二極管連接外電路，還包括溫度檢測(cè)放大電路、控制器和TEC功率放大器，使激光器的工作溫度保持在20℃左右，提高了其工作可靠性，并延長(zhǎng)了激光器的使用壽命。
【專(zhuān)利說(shuō)明】半導(dǎo)體激光器自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信設(shè)備的半導(dǎo)體激光器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及半導(dǎo)體激光器的溫度控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]在光纖通信領(lǐng)域，通常使用半導(dǎo)體激光器作為光源，溫度變化引起激光器輸出光功率的變化雖然可以通過(guò)A P C電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，使輸出光功率恢復(fù)正常，但半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長(zhǎng)與管芯(即激光二極管，Laser D1de, LD)的溫度密切相關(guān)，溫度升高將導(dǎo)致波長(zhǎng)變長(zhǎng)(一般為0.lnm°C)，對(duì)于一般的單波長(zhǎng)光通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，波長(zhǎng)的漂移對(duì)系統(tǒng)性能并無(wú)太大影響。但對(duì)于密集波分復(fù)用系統(tǒng)(DWDM)，由于通道間的波長(zhǎng)間隔已經(jīng)很小，保持波長(zhǎng)的穩(wěn)定就變得非常重要。例如，工作在C波段的32波系統(tǒng)，通路波長(zhǎng)間隔為100GHz (約0.8nm)，而工作在C+L波段的160波系統(tǒng)，通路波長(zhǎng)間隔為50GHz (約0.4nm)。因此，如果不對(duì)激光器管芯的溫度加以控制，微小的溫度變化將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的不可用。
[0003]另外，半導(dǎo)體激光器是對(duì)溫度敏感的器件，其閾值電流、輸出波長(zhǎng)以及輸出光功率的穩(wěn)定性都對(duì)溫度非常敏感，其工作壽命也與其工作溫度密切相關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，溫度每升高30°C激光器的壽命會(huì)降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)于可靠性要求高的場(chǎng)合，且保證激光器的壽命就需要對(duì)管芯溫度加以控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種半導(dǎo)體激光器的自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)，為了保證激光器長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，采用自動(dòng)溫度控制電路使激光器的工作溫度保持在20°C左右。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)，包括LD激光二極管、TEC制冷器和PIN 二極管，所述LD激光二極管和PIN 二極管連接外電路，還包括溫度檢測(cè)放大電路、控制器和TEC功率放大器，所述溫度檢測(cè)放大電路包括一惠斯通電橋和至少一個(gè)運(yùn)算放大器A1，所述惠斯通電橋由兩個(gè)固定電阻R1、R2、一個(gè)熱敏電阻Rt和一個(gè)可調(diào)電阻構(gòu)成R3，其中R1、R2串聯(lián)，二者中間點(diǎn)取為Vb，熱敏電阻Rt與可調(diào)電阻R3串聯(lián)，二者中間點(diǎn)取為Va，Vb、Va分別連接所述運(yùn)算放大器A1的差動(dòng)輸入端；所述控制器包括一 PI控制器電路，所述PI控制器電路的輸入端連接溫度檢測(cè)放大電路中運(yùn)算放大器A1的輸出端，所述PI控制器電路的輸出端連接TEC功率放大器，所述TEC功率放大器包括至少一個(gè)半導(dǎo)體三極管BG，所述半導(dǎo)體三極管BG的基極連接PI控制器電路的輸出端，所述半導(dǎo)體三極管BG的發(fā)射級(jí)連接TEC制冷器。
[0006]優(yōu)選的，所述PI控制器電路包括一運(yùn)算放大器A2，所述PI控制器電路中運(yùn)算放大器A2的同相輸入端與所述溫度檢測(cè)放大電路中運(yùn)算放大器A1的輸出端連接，所述PI控制器電路中運(yùn)算放大器A2的異相輸入端通過(guò)一負(fù)載電阻R4接地，其輸出端與同相輸入端之間連接至少一個(gè)負(fù)載電阻R5，所述負(fù)載電阻并聯(lián)一電容C。PI控制器的作用是對(duì)系統(tǒng)中的誤差信號(hào)進(jìn)行比例、積分、微分等運(yùn)算，形成適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)，以獲得滿(mǎn)意的控制性能。
[0007]優(yōu)選的，所述熱敏電阻Rt為負(fù)溫度系數(shù)的電阻，即熱敏電阻Rt的阻值大小與所測(cè)量的溫度成反比。
[0008]優(yōu)選的，所述熱敏電阻Rt、LD激光二極管、TEC制冷器和PIN 二極管固定在熱沉上，并緊密封裝在一起。
[0009]本發(fā)明的工作過(guò)程為:首先確定LD管芯工作溫度，優(yōu)選取為20°C ;查知該溫度下熱敏電阻Rt(20°C )之阻值大?。换菟沟请姌虻钠胶鈼l件是RlRt=R2R3，此時(shí)Va=Vb，所以選取R1=R2，R3=Rt (20°C )。此狀態(tài)下Va=Vb，故A1無(wú)差動(dòng)信號(hào)輸入，因而A1無(wú)輸出電壓，以致BG無(wú)基級(jí)電流，使得BG無(wú)足夠射極電流Ie，所以20°C狀態(tài)下致冷器TEC不致冷。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，LD管芯溫度丨一熱沉溫度丨一Rt阻值丨一Va丨一A的輸出電壓丨一BG基級(jí)電流丨一致冷電流Ie產(chǎn)生一致冷器致冷一熱沉溫度丨一LD管芯溫度I。
[0010]本發(fā)明的有益效果為:采用自動(dòng)溫度控制電路(ATC)使激光器的工作溫度保持在20°C左右，提高了其工作可靠性，并延長(zhǎng)了激光器的使用壽命。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明自動(dòng)溫度控制電路的電路示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0013]參見(jiàn)圖1，本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)，包括LD激光二極管、TEC制冷器和PIN 二極管，LD激光二極管和PIN 二極管連接外電路。還包括溫度檢測(cè)放大電路、控制器和TEC功率放大器，溫度檢測(cè)放大電路包括一惠斯通電橋和至少一個(gè)運(yùn)算放大器A1,惠斯通電橋由兩個(gè)固定電阻Rl、R2、一個(gè)熱敏電阻Rt和一個(gè)可調(diào)電阻構(gòu)成R3,其中Rl、R2串聯(lián)，二者中間點(diǎn)取為Vb，熱敏電阻Rt與可調(diào)電阻R3串聯(lián)，二者中間點(diǎn)取為Va，Vb、Va分別連接運(yùn)算放大器A1的差動(dòng)輸入端；控制器包括一 PI控制器電路，PI控制器電路的輸入端連接溫度檢測(cè)放大電路中運(yùn)算放大器A1的輸出端，PI控制器電路的輸出端連接TEC功率放大器，TEC功率放大器包括至少一個(gè)半導(dǎo)體三極管BG，半導(dǎo)體三極管BG的基極連接PI控制器電路的輸出端，半導(dǎo)體三極管BG的發(fā)射級(jí)連接TEC制冷器。熱敏電阻Rt為負(fù)溫度系數(shù)的電阻，即熱敏電阻Rt的阻值大小與所測(cè)量的溫度成反比。
[0014]PI控制器電路包括一運(yùn)算放大器A2，所述PI控制器電路中運(yùn)算放大器A2的同相輸入端與所述溫度檢測(cè)放大電路中運(yùn)算放大器A1的輸出端連接，所述PI控制器電路中運(yùn)算放大器A2的異相輸入端通過(guò)一負(fù)載電阻R4接地，其輸出端與同相輸入端之間連接至少一個(gè)負(fù)載電阻R5，所述負(fù)載電阻并聯(lián)一電容C。PI控制器的作用是對(duì)系統(tǒng)中的誤差信號(hào)進(jìn)行比例、積分、微分等運(yùn)算，形成適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)，以獲得滿(mǎn)意的控制性能。
[0015]熱敏電阻Rt、LD激光二極管、TEC制冷器和PIN 二極管固定在熱沉上，并緊密封裝在一起。
[0016]由R1、R2、R3、和熱敏電阻Rt組成的“換能”電橋，通過(guò)電橋把溫度的變化轉(zhuǎn)換為電量的變化。運(yùn)算放大器A1的差動(dòng)輸入端跨接在電橋的對(duì)端，用以改變半導(dǎo)體三極管BG的基極電流。在設(shè)定溫度(如20°C)時(shí)，選取Rl=R2，R3=Rt(20°C )。此狀態(tài)下Va=Vb，故A1無(wú)差動(dòng)信號(hào)輸入，因而A1無(wú)輸出電壓，以致BG無(wú)基級(jí)電流，流過(guò)制冷器TEC的電流也為零，此時(shí)致冷器TEC不致冷。當(dāng)環(huán)境溫度升高，LD的管芯溫度和熱沉溫度也升高，熱敏電阻Rt的阻值變小，電橋失去平衡，Va電壓減小，運(yùn)算放大器A1的輸出電壓升高，半導(dǎo)體三極管BG的基極電流增大，導(dǎo)致射級(jí)電流Ie增大，同時(shí)制冷器TEC的電流增大，制冷器TEC溫度降低，熱沉和LD管芯溫度也降低，因而保持溫度恒定。即LD管芯溫度丨一熱沉溫度丨一Rt阻值I — Va丨一A的輸出電壓丨一BG基級(jí)電流丨一致冷電流Ie產(chǎn)生一致冷器致冷一熱沉溫度I — LD管芯溫度I。
[0017]以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，未經(jīng)創(chuàng)造性勞動(dòng)想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體激光器自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)，包括LD激光二極管、TEC制冷器和PIN 二極管，所述LD激光二極管和PIN 二極管連接外電路，其特征在于:包括溫度檢測(cè)放大電路、控制器和TEC功率放大器，所述溫度檢測(cè)放大電路包括一惠斯通電橋和至少一個(gè)運(yùn)算放大器，所述惠斯通電橋由兩個(gè)固定電阻、一個(gè)熱敏電阻和一個(gè)可調(diào)電阻構(gòu)成，其中兩個(gè)固定電阻串聯(lián)，二者中間點(diǎn)取為A，熱敏電阻與可調(diào)電阻串聯(lián)，二者中間點(diǎn)取為B，A、B分別連接所述運(yùn)算放大器的差動(dòng)輸入端；所述控制器包括一PI控制器電路，所述PI控制器電路的輸入端連接溫度檢測(cè)放大電路中運(yùn)算放大器的輸出端，所述PI控制器電路的輸出端連接TEC功率放大器，所述TEC功率放大器包括至少一個(gè)半導(dǎo)體三極管，所述半導(dǎo)體三極管的基極連接PI控制器電路的輸出端，所述半導(dǎo)體三極管的發(fā)射級(jí)連接TEC制冷器。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PI控制器電路包括一運(yùn)算放大器，所述PI控制器電路中運(yùn)算放大器的同相輸入端與所述溫度檢測(cè)放大電路中運(yùn)算放大器的輸出端連接，所述PI控制器電路中運(yùn)算放大器的異相輸入端通過(guò)一負(fù)載電阻接地，其輸出端與同相輸入端之間連接至少一個(gè)負(fù)載電阻，所述負(fù)載電阻并聯(lián)一電容。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光器自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)，其特征在于:所述熱敏電阻為負(fù)溫度系數(shù)的電阻。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體激光器自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)，其特征在于:所述熱敏電阻、LD激光二極管、TEC制冷器和PIN 二極管緊密封裝在一起。
【文檔編號(hào)】G05D23/24GK104298277SQ201410480407
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】朱俊 申請(qǐng)人:江蘇駿龍電力科技股份有限公司