半導體激光器自動溫度控制系統的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種半導體激光器自動溫度控制系統，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，并延長了激光器的使用壽命。
【專利說明】半導體激光器自動溫度控制系統
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及通信設備的半導體激光器【技術領域】，具體涉及半導體激光器的溫度控制系統。
【背景技術】
[0002]在光纖通信領域，通常使用半導體激光器作為光源，溫度變化引起激光器輸出光功率的變化雖然可以通過A P C電路進行調節(jié)，使輸出光功率恢復正常，但半導體激光器的發(fā)射波長與管芯(即激光二極管，Laser D1de, LD)的溫度密切相關，溫度升高將導致波長變長(一般為0.lnm°C)，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(wěn)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。
[0003]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(wěn)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°C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。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種半導體激光器的自動溫度控制系統，為了保證激光器長期穩(wěn)定工作，采用自動溫度控制電路使激光器的工作溫度保持在20°C左右。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明涉及一種半導體激光器自動溫度控制系統，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，還包括溫度檢測放大電路、控制器和TEC功率放大器，所述溫度檢測放大電路包括一惠斯通電橋和至少一個運算放大器A1，所述惠斯通電橋由兩個固定電阻R1、R2、一個熱敏電阻Rt和一個可調電阻構成R3，其中R1、R2串聯，二者中間點取為Vb，熱敏電阻Rt與可調電阻R3串聯，二者中間點取為Va，Vb、Va分別連接所述運算放大器A1的差動輸入端；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放大電路中運算放大器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半導體三極管BG，所述半導體三極管BG的基極連接PI控制器電路的輸出端，所述半導體三極管BG的發(fā)射級連接TEC制冷器。
[0006]優(yōu)選的，所述PI控制器電路包括一運算放大器A2，所述PI控制器電路中運算放大器A2的同相輸入端與所述溫度檢測放大電路中運算放大器A1的輸出端連接，所述PI控制器電路中運算放大器A2的異相輸入端通過一負載電阻R4接地，其輸出端與同相輸入端之間連接至少一個負載電阻R5，所述負載電阻并聯一電容C。PI控制器的作用是對系統中的誤差信號進行比例、積分、微分等運算，形成適當的控制信號，以獲得滿意的控制性能。
[0007]優(yōu)選的，所述熱敏電阻Rt為負溫度系數的電阻，即熱敏電阻Rt的阻值大小與所測量的溫度成反比。
[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Va=Vb，所以選取R1=R2，R3=Rt (20°C )。此狀態(tài)下Va=Vb，故A1無差動信號輸入，因而A1無輸出電壓，以致BG無基級電流，使得BG無足夠射極電流Ie，所以20°C狀態(tài)下致冷器TEC不致冷。當環(huán)境溫度升高時，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基級電流丨一致冷電流Ie產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，并延長了激光器的使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明自動溫度控制電路的電路示意圖。
【具體實施方式】
[0012]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0013]參見圖1，本發(fā)明涉及一種半導體激光器自動溫度控制系統，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。還包括溫度檢測放大電路、控制器和TEC功率放大器，溫度檢測放大電路包括一惠斯通電橋和至少一個運算放大器A1,惠斯通電橋由兩個固定電阻Rl、R2、一個熱敏電阻Rt和一個可調電阻構成R3,其中Rl、R2串聯，二者中間點取為Vb，熱敏電阻Rt與可調電阻R3串聯，二者中間點取為Va，Vb、Va分別連接運算放大器A1的差動輸入端；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放大電路中運算放大器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半導體三極管BG，半導體三極管BG的基極連接PI控制器電路的輸出端，半導體三極管BG的發(fā)射級連接TEC制冷器。熱敏電阻Rt為負溫度系數的電阻，即熱敏電阻Rt的阻值大小與所測量的溫度成反比。
[0014]PI控制器電路包括一運算放大器A2，所述PI控制器電路中運算放大器A2的同相輸入端與所述溫度檢測放大電路中運算放大器A1的輸出端連接，所述PI控制器電路中運算放大器A2的異相輸入端通過一負載電阻R4接地，其輸出端與同相輸入端之間連接至少一個負載電阻R5，所述負載電阻并聯一電容C。PI控制器的作用是對系統中的誤差信號進行比例、積分、微分等運算，形成適當的控制信號，以獲得滿意的控制性能。
[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，通過電橋把溫度的變化轉換為電量的變化。運算放大器A1的差動輸入端跨接在電橋的對端，用以改變半導體三極管BG的基極電流。在設定溫度(如20°C)時，選取Rl=R2，R3=Rt(20°C )。此狀態(tài)下Va=Vb，故A1無差動信號輸入，因而A1無輸出電壓，以致BG無基級電流，流過制冷器TEC的電流也為零，此時致冷器TEC不致冷。當環(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，運算放大器A1的輸出電壓升高，半導體三極管BG的基極電流增大，導致射級電流Ie增大，同時制冷器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基級電流丨一致冷電流Ie產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)明的較佳實施方式，但本發(fā)明的保護范圍不限于此。任何熟悉本領域的技術人員在本發(fā)明所揭露的技術范圍內，未經創(chuàng)造性勞動想到的變換或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此本發(fā)明的保護范圍應以權利要求所限定的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種半導體激光器自動溫度控制系統，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:包括溫度檢測放大電路、控制器和TEC功率放大器，所述溫度檢測放大電路包括一惠斯通電橋和至少一個運算放大器，所述惠斯通電橋由兩個固定電阻、一個熱敏電阻和一個可調電阻構成，其中兩個固定電阻串聯，二者中間點取為A，熱敏電阻與可調電阻串聯，二者中間點取為B，A、B分別連接所述運算放大器的差動輸入端；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放大電路中運算放大器的輸出端，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半導體三極管，所述半導體三極管的基極連接PI控制器電路的輸出端，所述半導體三極管的發(fā)射級連接TEC制冷器。
2.如權利要求1所述的半導體激光器自動溫度控制系統，其特征在于:所述PI控制器電路包括一運算放大器，所述PI控制器電路中運算放大器的同相輸入端與所述溫度檢測放大電路中運算放大器的輸出端連接，所述PI控制器電路中運算放大器的異相輸入端通過一負載電阻接地，其輸出端與同相輸入端之間連接至少一個負載電阻，所述負載電阻并聯一電容。
3.如權利要求2所述的半導體激光器自動溫度控制系統，其特征在于:所述熱敏電阻為負溫度系數的電阻。
4.如權利要求3所述的半導體激光器自動溫度控制系統，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】G05D23/24GK104298277SQ201410480407
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權日:2014年9月19日
【發(fā)明者】朱俊 申請人:江蘇駿龍電力科技股份有限公司