專利名稱：半導(dǎo)體激光器專用供電、制冷、散熱和控溫系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體激光器專用供電、制冷、散熱和控溫系統(tǒng)。
半導(dǎo)體激光器是一個(gè)光源，同時(shí)也是一個(gè)熱源，其光功率是電功率的40％，另外的60％的電功率就以熱功率的方式散發(fā)出來(lái)，所以要求對(duì)激光器實(shí)施快速制冷和散熱，使激光器能在較低的溫度下工作，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致激光器的損毀。僅對(duì)激光器實(shí)施降溫還不夠，激光器發(fā)出的激光的波長(zhǎng)將會(huì)隨溫度而發(fā)生漂移，工作溫度偏離中心波長(zhǎng)的溫度越多，波長(zhǎng)的漂移就越大。故在制冷、散熱和控溫的過(guò)程中要求將激光器的溫度保持在中心波長(zhǎng)的溫度附近很小的范圍內(nèi)，使激光器能在設(shè)定的溫度下連續(xù)工作，尤其是在對(duì)波長(zhǎng)要求更嚴(yán)格的應(yīng)用中。
目前簡(jiǎn)單的方法是采用普通大功率的電源給激光器供電，同時(shí)采用簡(jiǎn)單的水冷方式。這種方法的缺陷是明顯而重大的。首先，普通電源的紋波系數(shù)達(dá)不到要求，尤其是普通的開(kāi)關(guān)電源，對(duì)激光器的損害相當(dāng)大；其次，普通的電源的量程較大，在小電壓的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)不可能達(dá)到專用電源的精度，普通電源的內(nèi)阻較大，大電流工作時(shí)容易損壞電源；另外，水冷不可能達(dá)到精確控溫的目的，因?yàn)樗鋾r(shí)制冷的溫度和水溫高低、水流大小緊密相關(guān)，不可能將溫度控制在中心波長(zhǎng)溫度附近，甚至還可能造成熱量的積聚使激光器的溫度升高。而且水冷使整個(gè)系統(tǒng)的體積增大，水冷時(shí)容易使制冷器中產(chǎn)生水垢，導(dǎo)致制冷效果不斷下降。而且不易適時(shí)監(jiān)控激光器的工作溫度。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是半導(dǎo)體激光器專用供電、制冷、散熱和控溫系統(tǒng)，包括激光器，其特點(diǎn)在于還包括探測(cè)器、制冷器、溫控表、繼電器、固態(tài)繼電器及給激光器和制冷器供電的電源，溫控表輸入一路信號(hào)，輸出兩路信號(hào)，輸入信號(hào)來(lái)源于溫度探測(cè)器，輸出信號(hào)一路為低壓電平序列信號(hào)，用于控制制冷器，另一路輸出信號(hào)為開(kāi)關(guān)信號(hào)，用于激光器的保護(hù)。
上述的溫控表是小量程(0--99.99℃)、高精度(0.1或0.5級(jí))、附帶鉑電阻傳感器，輸入一路信號(hào)，輸出兩路信號(hào)；上述的電源輸入220V交流電壓，輸出兩路直流電壓，一路0-2V可調(diào)，電流范圍可根據(jù)激光器的功率調(diào)節(jié)，另一路為12V。
本實(shí)用新型的工作原理是探測(cè)器適時(shí)探測(cè)激光器的溫度，溫控表同時(shí)在面板上顯示設(shè)定的溫度(一般為激光器的中心波長(zhǎng)溫度，也可根據(jù)需要調(diào)節(jié))和探測(cè)的溫度，當(dāng)激光器的溫度高于設(shè)定的溫度時(shí)，溫控表輸出電壓信號(hào)連通繼電器給半導(dǎo)體制冷器供電，半導(dǎo)體制冷器開(kāi)始工作，給激光器快速降溫；當(dāng)激光器的溫度低于設(shè)定溫度的時(shí)候，溫控表斷開(kāi)繼電器，停止給制冷器供電，制冷停止。由于制冷器的冷面溫度仍然低于激光器的溫度，激光器的溫度還會(huì)繼續(xù)下降。隨著激光器溫度的上升，溫控表重復(fù)上邊的操作，維持激光器的溫度在中心波長(zhǎng)溫度附近。激光器在正常情況下工作時(shí)，溫度不會(huì)超出設(shè)定的范圍，當(dāng)激光器的發(fā)熱功率大于半導(dǎo)體制冷器的功率時(shí)，激光器的溫度會(huì)不斷上升，當(dāng)超出“報(bào)警值”的時(shí)候，溫控器會(huì)輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)斷開(kāi)固態(tài)繼電器，從而斷開(kāi)激光器的電源，徹底關(guān)掉熱源，保護(hù)了激光器的安全。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果如下(1)紋波系數(shù)小于0.1％，保證了激光器的發(fā)光波長(zhǎng)與中心波長(zhǎng)的誤差很小。
(2)使用了半導(dǎo)體制冷器，屬新材料，它體積小，制冷迅速，無(wú)噪聲，無(wú)排放物和輻射等污染。
(3)加入了保護(hù)核心器件半導(dǎo)體激光器的固態(tài)繼電器保護(hù)電路。探測(cè)器和激光器緊密接觸，溫控表適時(shí)顯示激光器的溫度，溫度一旦超出設(shè)定的“報(bào)警值”，溫控表就會(huì)斷開(kāi)固態(tài)繼電器，馬上停止供電，保護(hù)了激光器。激光器的溫度下降到下降到“報(bào)警值”的范圍內(nèi)，固態(tài)繼電器又導(dǎo)通，向激光器供電。所以，即使制冷系統(tǒng)產(chǎn)生一些毛病影響了制冷效果，也不會(huì)危及激光器的安全。
如圖3所示，將激光器9的電源和制冷器7的電源作在一起，激光器9的電源是0-2伏可調(diào)，制冷器7的電源不可調(diào)而且要求不高，采用多級(jí)濾波的方法來(lái)制造低電壓大電流的激光器9電源，電源的紋波系數(shù)低于0.1％。
在電源1開(kāi)啟和關(guān)閉的時(shí)候，為了避免脈沖電流對(duì)激光器9的沖擊，在其上串接了制動(dòng)開(kāi)關(guān)3和多圈電位器2，在制動(dòng)開(kāi)關(guān)3沒(méi)有松開(kāi)之前，多圈電位器2被短路，電源不會(huì)向激光器9供電，制動(dòng)開(kāi)關(guān)3的另一個(gè)用途是在操作失誤或器件故障的時(shí)候可以實(shí)行緊急制動(dòng)，保護(hù)了激光器9的安全。
電源1開(kāi)機(jī)電源及其他儀表穩(wěn)定后，松開(kāi)制動(dòng)開(kāi)關(guān)3，調(diào)節(jié)多圈電位器2逐漸升高輸出電壓。在電源1向激光器9供電的時(shí)候，可以通過(guò)與固態(tài)繼電器串接的電流表10讀出激光器電流的大小，控制激光器9的發(fā)光強(qiáng)度。
權(quán)利要求1.半導(dǎo)體激光器專用供電、制冷、散熱和控溫系統(tǒng)，包括激光器，其特征在于還包括探測(cè)器、制冷器、溫控表、繼電器、固態(tài)繼電器及給激光器和制冷器提供電的電源，溫控表輸入一路信號(hào)，輸出兩路信號(hào)，輸入信號(hào)來(lái)源于溫度探測(cè)器，輸出信號(hào)一路為低壓電平序列信號(hào)，用于控制制冷器，另一路輸出信號(hào)為開(kāi)關(guān)信號(hào)，用于激光器的保護(hù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所示的半導(dǎo)體激光器專用供電、制冷、散熱和控溫系統(tǒng)，其特征在于所述的溫控表是小量程0--99.99℃、高精度0.1或0.5級(jí)、附帶鉑電阻傳感器，輸入一路信號(hào)，輸出兩路信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所示的半導(dǎo)體激光器專用供電、制冷、散熱和控溫系統(tǒng)，其特征在于所述的電源輸入220V交流電壓，輸出兩路直流電壓，一路0-2V可調(diào)，另一路為12V。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所示的半導(dǎo)體激光器專用供電、制冷、散熱和控溫系統(tǒng)，其特征在于在固態(tài)繼電器后串有顯示激光器電流大小的電流表。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所示的半導(dǎo)體激光器專用供電、制冷、散熱和控溫系統(tǒng)，其特征在于還包括與制冷器相連用于散發(fā)其熱量的散熱片。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所示的半導(dǎo)體激光器專用供電、制冷、散熱和控溫系統(tǒng)，其特征在于電源還包括與其相串接的制動(dòng)開(kāi)關(guān)和多圈電位器。
專利摘要半導(dǎo)體激光器專用供電、制冷、散熱和控溫系統(tǒng)包括激光器、探測(cè)器、制冷器、溫控表、繼電器、固態(tài)繼電器及給激光器和制冷器提供穩(wěn)壓直流電的電源。溫控表輸入一路信號(hào)，輸出兩路信號(hào)。輸入信號(hào)來(lái)源于溫度探測(cè)器。輸出信號(hào)一為低壓電平序列信號(hào)，用于控制制冷電路。輸出信號(hào)二為開(kāi)關(guān)信號(hào)，用于激光器的保護(hù)。本實(shí)用新型能為激光器提供0－2伏可調(diào)的大電流小紋波系數(shù)的電源和精確控制激光器的溫度，實(shí)現(xiàn)了激光器的溫度適時(shí)監(jiān)控和系統(tǒng)溫度的制動(dòng)調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)H01S5/00GK2602516SQ0228978
公開(kāi)日2004年2月4日 申請(qǐng)日期2002年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月16日
發(fā)明者謝偉民, 侯德勝, 周崇喜, 杜春雷, 王永茹, 董小春, 潘麗, 張小玉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所