一種基于熱敏電阻的超輻射發(fā)光二極管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于熱敏電阻的超輻射發(fā)光二極管，由半導(dǎo)體制冷器3和位于所述半導(dǎo)體制冷器3上端面的熱沉基底6構(gòu)成，所述熱沉基底6的上端面設(shè)置有探測(cè)器1、超輻射發(fā)光管芯2、熱敏電阻4和透鏡光纖5，所述探測(cè)器1、超輻射發(fā)光管芯2和透鏡光纖5位于同一軸線上，所述熱敏電阻4為兩個(gè)并且對(duì)稱分布在所述超輻射發(fā)光管芯2的兩側(cè)，能夠更精準(zhǔn)的反應(yīng)激光管芯位置溫度變化，并能夠通過控溫實(shí)現(xiàn)對(duì)管芯更精確的溫度控制，提高光源波長的溫度穩(wěn)定性以提高傳感系統(tǒng)的測(cè)量精度。
【專利說明】一種基于熱敏電阻的超輻射發(fā)光二極管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超輻射發(fā)光二極管，具體涉及一種基于熱敏電阻的超輻射發(fā)光二極管。

【背景技術(shù)】
[0002]超福射發(fā)光二極管(Super luminescent D1de, SLD)是一種自發(fā)福射的單程光放大器件，其管殼內(nèi)部的組件包括超輻射發(fā)光管芯、熱沉基底、半導(dǎo)體制冷器和熱敏電阻、金絲電極、探測(cè)器及透鏡光纖等。管芯發(fā)出的寬帶光通過與光纖透鏡耦合，將其發(fā)射光耦合入傳導(dǎo)光纖，實(shí)現(xiàn)光輸出。通常來說，半導(dǎo)體發(fā)光器件的輸出光譜隨管芯的溫度變化會(huì)發(fā)生漂移，比如當(dāng)溫度升高時(shí)，其輸出光譜會(huì)向長波長漂移，當(dāng)溫度降低時(shí)，則相反。熱敏電阻阻值與超輻射發(fā)光管溫度具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，熱敏電阻阻值的變化就反應(yīng)了發(fā)光管溫度的變化，通過調(diào)節(jié)半導(dǎo)體制冷器的工作電流就可以改變超輻射發(fā)光管的工作溫度，通過外電路實(shí)現(xiàn)對(duì)器件的溫控。
[0003]對(duì)超輻射發(fā)光二極管來說，代表寬帶光譜重心的平均波長隨管芯溫度的變化率一般為400ppm/°C，通過增加熱敏電阻監(jiān)測(cè)管芯溫度，能夠通過硅制冷器實(shí)現(xiàn)熱敏電阻的溫度控制精度在0.1°C之內(nèi)。如果熱敏電阻處的溫度能夠充分精確的反應(yīng)管芯的溫度，那么通過控溫整個(gè)發(fā)光器件的平均波長變化應(yīng)該在40ppm之內(nèi)。然而，實(shí)際上超輻射發(fā)光二極管的平均波長變化即使在控溫條件下也在幾百ppm量級(jí)，大大超出了其理論應(yīng)該能夠達(dá)到的精度。這就說明熱敏電阻的溫度并不能完全正確的反應(yīng)管芯的溫度。宄其原因，這主要是因?yàn)闊崦綦娮璞旧砭哂幸欢ǖ捏w積，其雖然可以通過靠近放置在管芯旁邊，但是在較小的熱沉上也不能保證兩處的溫度的一致性，這樣我們就無法實(shí)現(xiàn)管芯溫度的精確控制，從而大大影響了整個(gè)發(fā)光管的光譜隨溫度的穩(wěn)定性。如果能夠更精確得到超輻射發(fā)光管芯的溫度變化，就可以將發(fā)光管的溫度變化控制在非常小的范圍內(nèi)，而實(shí)際中僅采用一個(gè)熱敏電阻放置于管芯的一側(cè)，很難準(zhǔn)確得到發(fā)光管溫度的變化，對(duì)光源的溫度穩(wěn)定性影響很大。
[0004]SLD光源是干涉型光纖傳感中的常用的光源器件，其波長的穩(wěn)定性直接影響著傳感物理量的測(cè)量精度，光源的穩(wěn)定性已經(jīng)成為限制光纖傳感(比如光纖陀螺)精度提高的重要因素。在實(shí)際應(yīng)用中，人們已經(jīng)采用了很多方法來提高SLD光源的溫度控制精度，例如，采用數(shù)字化控制的驅(qū)動(dòng)電路，設(shè)計(jì)數(shù)字溫控電路等，不僅實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，也具有很高的控制精度，然而，發(fā)光管的溫度是通過光源中的熱敏電阻感知的，熱敏電阻阻值變化會(huì)使驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)器件對(duì)溫度的控制。如果熱敏電阻不能精確感知發(fā)光管的溫度，就無法對(duì)發(fā)光管進(jìn)行精確的溫度控制。
[0005]因此需要提供一種超輻射發(fā)光二極管，來準(zhǔn)確的反應(yīng)發(fā)光管溫度的變化，更精準(zhǔn)的將發(fā)光管芯的溫度變化控制在更小的范圍內(nèi)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于熱敏電阻的超輻射發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管管殼內(nèi)部由半導(dǎo)體制冷器和位于所述半導(dǎo)體制冷器上端面的熱沉基底構(gòu)成，所述熱沉基底的上端面設(shè)置有探測(cè)器、超輻射發(fā)光管芯、熱敏電阻和透鏡光纖，所述探測(cè)器、超輻射發(fā)光管芯和透鏡光纖位于同一軸線上，所述熱敏電阻為兩個(gè)并且對(duì)稱分布在所述超輻射發(fā)光管芯的兩側(cè)。
[0007]優(yōu)選地，所述熱敏電阻為片狀熱敏電阻。
[0008]優(yōu)選地，所述熱敏電阻包括:熱敏電阻素體，具有在第一方向上彼此相對(duì)的第一主面和第二主面；第一電極和第二電極，分布在所述熱敏電阻素體的所述第一主面，在與所述第一方向正交的第二方向上彼此分離而配置；第三電極，分布在所述熱敏電阻素體的所述第二主面，以從所述第一方向看與所述第一電極和所述第二電極重疊的方式配置。
[0009]優(yōu)選地，所述第二方向上的所述第一電極與所述第二電極的沿面距離設(shè)定為比所述第二方向上的所述第一電極與所述第二電極的空間距離大。
[0010]優(yōu)選地，在所述第一主面上的所述第一電極與所述第二電極之間的區(qū)域，形成有凹凸。
[0011]優(yōu)選地，在所述第一主面上的所述第一電極與所述第二電極之間的區(qū)域，形成有沿著與所述第二方向交叉的方向延伸的槽。
[0012]優(yōu)選地，從所述第一方向看，所述第一主面位于所述第二主面的外輪廓的內(nèi)側(cè)，所述第一電極和第二電極位于所述第三電極的外輪廓的內(nèi)側(cè)。
[0013]優(yōu)選地，所述熱沉基底由鎢銅材料制成。
[0014]本發(fā)明的有益效果為:
[0015]本發(fā)明公開了一種基于熱敏電阻的超輻射發(fā)光二極管，通過將熱敏電阻為兩個(gè)并且對(duì)稱分布在所述超輻射發(fā)光管芯的兩側(cè)，能夠更精準(zhǔn)的反應(yīng)激光管芯位置溫度變化，并能夠通過控溫實(shí)現(xiàn)對(duì)管芯更精確的溫度控制，提高光源波長的溫度穩(wěn)定性以提高傳感系統(tǒng)的測(cè)量精度，并且本發(fā)明中的熱敏電阻為電阻值的偏差小的高精度的片狀熱敏電阻，更進(jìn)一步地提高了溫度控制的精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0017]圖1為本發(fā)明基于熱敏電阻的超輻射發(fā)光二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖2為本發(fā)明圖1中的熱敏電阻的立體圖；
[0019]圖3為本發(fā)明圖1中的熱敏電阻的俯視圖；
[0020]圖4為本發(fā)明圖2中第一電極?第三電極的位置關(guān)系的圖；
[0021]圖5為本發(fā)明圖2中b-b的截面示意圖。
[0022]附圖標(biāo)記說明:1-探測(cè)器 2-超輻射發(fā)光管芯 3-半導(dǎo)體制冷器 4-熱敏電阻5-透鏡光纖6-熱沉基底4-3-熱敏電阻素體4-3a-第一主面4_3b_第二主面4-3c?4-3f-四個(gè)側(cè)面4-5-第一電極4-7-第二電極4_9_第三電極4_11_槽。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0024]為了徹底了解本發(fā)明實(shí)施例，將在下列的描述中提出詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。顯然，本發(fā)明實(shí)施例的施行并不限定于本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。
[0025]參照?qǐng)D1，圖1為本發(fā)明基于熱敏電阻的超輻射發(fā)光二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖中所示發(fā)光二極管管殼內(nèi)部由半導(dǎo)體制冷器3和位于所述半導(dǎo)體制冷器3上端面的熱沉基底6構(gòu)成，所述熱沉基底6的上端面設(shè)置有探測(cè)器1、超輻射發(fā)光管芯2、熱敏電阻4和透鏡光纖5，所述探測(cè)器1、超輻射發(fā)光管芯2和透鏡光纖5位于同一軸線上，所述熱敏電阻4為兩個(gè)并且對(duì)稱分布在所述超輻射發(fā)光管芯2的兩側(cè)；通過利用在管芯兩側(cè)對(duì)稱放置兩個(gè)熱敏電阻4的方式，并且計(jì)算兩個(gè)熱敏電阻的平均溫度進(jìn)一步得出管芯處的精確溫度，可以把其溫度的覺得精度提高到0.1度左右，并獲得平均波長在外界環(huán)境溫度從_40°C到70°C范圍變化時(shí)，其管芯處的溫度始終控制在0.1 °C，從而達(dá)到其平均波長在全溫變化下在50ppm以內(nèi)的穩(wěn)定度。
[0026]為了進(jìn)一步提高測(cè)試溫度的精度，熱敏電阻4為片狀熱敏電阻；參加圖2至圖5，圖2為本發(fā)明圖1中的熱敏電阻的立體圖；圖3為本發(fā)明圖1中的熱敏電阻的俯視圖；圖4為本發(fā)明圖2中第一電極?第三電極的位置關(guān)系的圖；圖5為本發(fā)明圖2中b-b的截面示意圖。片狀熱敏電阻具備熱敏電阻素體4-3、第一電極4-5、第二電極4-7以及第三電極9。片狀熱敏電阻是NTC(Negative Temperature Coefficient:負(fù)溫度系數(shù))熱敏電阻。片狀熱敏電阻呈大致長方體形狀，如長度設(shè)定為0.6_左右；寬度設(shè)定為0.4_左右；高度設(shè)定為0.2謹(jǐn)左右。
[0027]熱敏電阻素體4-3具有第一主面4_3a和第二主面4_3b、以及4個(gè)側(cè)面4_3c?4-3f?第一主面4-3a和第二主面4-3b在第一方向(圖中Z方向)上彼此相對(duì)。4個(gè)側(cè)面4-3c?4-3f以連結(jié)第一主面4-3a與第二主面4_3b的方式沿著第一方向延伸。熱敏電阻素體4-3以Mn為主成分進(jìn)而含有N1、Co、Ca、Zr、Al、Cu以及Fe的至少一種以上作為副成分的尖晶石型金屬氧化物形成。熱敏電阻素體3是由該尖晶石型金屬氧化物構(gòu)成的半導(dǎo)體陶瓷。
[0028]在熱敏電阻素體4-3中，第一主面4_3a的面積比第二主面4_3b的面積小。第一主面4-3a從第一方向看位于第二主面4-3b的外輪廓的內(nèi)側(cè)。因此，在熱敏電阻素體4-3的側(cè)面4-3c?4-3f，在第一主面3a側(cè)的區(qū)域與第二主面3b側(cè)的區(qū)域之間形成有高低差。熱敏電阻素體3的厚度例如設(shè)定為0.2mm左右。
[0029]第一電極4-5與第二電極4-7配置在熱敏電阻素體4-3的第一主面4_3a。第一電極4-5與第二電極4-7在與第一方向正交的第二方向(圖中X方向)上彼此分離而定位。第一電極4-5和第二電極4-7呈矩形形狀(在本實(shí)施方式中是長方形狀)。第一電極4-5與第二電極4-7以各電極4-5，4-7的長邊方向成為彼此平行的方式并置。第一電極4-5和第二電極4-7設(shè)為例如0.4mm*0.2mm左右的尺寸。第二方向上的第一電極4_5與第二電極4-7的空間距離設(shè)定為0.2mm左右。
[0030]第三電極4-9配置在熱敏電阻素體4-3的第二主面4-3b。第三電極4_9以從第一方向看與第一電極4-5和第二電極4-7重疊的方式定位。第三電極4-9呈矩形形狀(在本實(shí)施方式中是長方形狀)。在本實(shí)施方式中，第三電極4-9以覆蓋第二主面4-3b整體的方式形成。
[0031]如圖4所示，圖4為本發(fā)明圖2中第一電極?第三電極的位置關(guān)系的圖。第一電極4-5和第二電極4-7從第一方向看位于第三電極9的外輪廓的內(nèi)側(cè)。因此，第一電極4-5整體在第一方向上與第三電極4-9相對(duì)，第二電極4-7整體在第一方向上與第三電極4-9相對(duì)。
[0032]第一電極4-5、第二電極4-7和第三電極4-9由通常用作片型電子部件的電極的導(dǎo)電性材料Ag構(gòu)成。第一電極4-5、第二電極4-7和第三電極4-9構(gòu)成為包含上述導(dǎo)電性材料的導(dǎo)電性膏體的燒結(jié)體。第一電極4-5、第二電極4-7和第三電極4-9也可以包含作為最外層的鍍層。導(dǎo)電性材料除了上述的Ag以外，也可以包含Au、Pt或Cu等。
[0033]在熱敏電阻素體4-3的第一主面4_3a上的第一電極4_5與第二電極4_7之間的區(qū)域，形成有沿著與第二方向交叉(正交)的方向(圖中Y方向)延伸的多個(gè)(在本實(shí)施方式中是4個(gè))槽4-11。多個(gè)槽4-11以在與槽4-11延伸的方向正交的方向上排列的方式形成。因此，在第一主面4-3a上的第一電極4-5與第二電極4-7之間的區(qū)域，在第二方向上看，形成有凹凸。通過形成有凹凸，第二方向上的第一電極4-5與第二電極4-7的沿面距離設(shè)定為比第二方向上的第一電極4-5與第二電極4-7的空間距離大。槽4-11延伸的方向與第一電極4-5和第二電極4-7的長邊方向平行。在本實(shí)施方式中，槽4-11的寬度設(shè)定為50 μm左右，深度設(shè)定為30 μm左右。
[0034]為了進(jìn)一步提高測(cè)量溫度的精確度，熱沉基底6由鎢銅材料制成，能夠更好的將超輻射發(fā)光管芯2所發(fā)出的熱量傳遞到半導(dǎo)體制冷器3上面，進(jìn)而散熱保持溫度的恒定；另外探測(cè)器I可以探測(cè)超輻射發(fā)光管芯2是否漏光。
[0035]本發(fā)明通過將熱敏電阻為兩個(gè)并且對(duì)稱分布在所述超輻射發(fā)光管芯的兩側(cè)，能夠更精準(zhǔn)的反應(yīng)激光管芯位置溫度變化，并能夠通過控溫實(shí)現(xiàn)對(duì)管芯更精確的溫度控制，提高光源波長的溫度穩(wěn)定性以提高傳感系統(tǒng)的測(cè)量精度，并且本發(fā)明中的熱敏電阻為電阻值的偏差小的高精度的片狀熱敏電阻，更進(jìn)一步地提高了溫度控制的精度。
[0036]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于熱敏電阻的超輻射發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管管殼內(nèi)部由半導(dǎo)體制冷器(3)和位于所述半導(dǎo)體制冷器(3)上端面的熱沉基底(6)構(gòu)成，所述熱沉基底(6)的上端面設(shè)置有探測(cè)器(1)、超輻射發(fā)光管芯(2)、熱敏電阻(4)和透鏡光纖(5)，所述探測(cè)器(1)、超輻射發(fā)光管芯(2)和透鏡光纖(5)位于同一軸線上，其特征在于，所述熱敏電阻(4)為兩個(gè)并且對(duì)稱分布在所述超輻射發(fā)光管芯(2)的兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超輻射發(fā)光二極管，其特征在于，所述熱敏電阻(4)為片狀熱敏電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超輻射發(fā)光二極管，其特征在于，所述熱敏電阻包括: 熱敏電阻素體(4-3),具有在第一方向上彼此相對(duì)的第一主面(4-34和第二主面(4-3?)； 第一電極(4-5)和第二電極(4-7),分布在所述熱敏電阻素體(4-3)的所述第一主面(4-34，在與所述第一方向正交的第二方向上彼此分離而配置； 第三電極(4-9)，分布在所述熱敏電阻素(4-3)體的所述第二主面(4-36)，以從所述第一方向看與所述第一電極(4-5)和所述第二電極(4-7)重疊的方式配置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超輻射發(fā)光二極管，其特征在于，所述第二方向上的所述第一電極(4-5)與所述第二電極(4-9)的沿面距離設(shè)定為比所述第二方向上的所述第一電極(4-5)與所述第二電極(4-7)的空間距離大。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超輻射發(fā)光二極管，其特征在于，在所述第一主面(4-3^上的所述第一電極(4-5)與所述第二電極(4-7)之間的區(qū)域，形成有凹凸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超輻射發(fā)光二極管，其特征在于，在所述第一主面(4-3幻上的所述第一電極(4-5)與所述第二電極(4-7)之間的區(qū)域，形成有沿著與所述第二方向交叉的方向延伸的槽(4-111
7.根據(jù)權(quán)利要求3?6中的任一項(xiàng)所述的超輻射發(fā)光二極管，其特征在于，從所述第一方向看，所述第一主面(4-3幻位于所述第二主面的(4-36)外輪廓的內(nèi)側(cè)，所述第一電極(4-5)和第二電極(4-7)位于所述第三電極(4-9)的外輪廓的內(nèi)側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超輻射發(fā)光二極管，其特征在于，所述熱沉基底(6)由鎢銅材料制成。
【文檔編號(hào)】H01S5/024GK104466662SQ201410729891
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】劉占元, 陳碩, 王愛民, 古麗娟 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 北京大學(xué)