CN201097244Y - 可调谐激光器温度控制装置 - Google Patents

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CN201097244Y CNU2007200880100U2007200880100U CN200720088010U CN201097244Y CN 201097244 Y CN201097244 Y CN 201097244Y CN U2007200880100U2007200880100 U CNU2007200880100U2007200880100 U CN U2007200880100U2007200880100U CN 200720088010 U CN200720088010 U CN 200720088010U CN 201097244 Y CN201097244 Y CN 201097244Y
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田军
高繁荣
陈龙
许远忠
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Abstract

本实用新型公开了一种可调激光器温度控制装置，涉及一种激光器温度控制装置。本实用新型的基本结构是：单片机(1)、数字电位器R1(2)、温控仪表放大器(3)、PID电路(4)、TEC驱动器(6)、致冷器(7)、可调谐LD(8)、热敏电阻Rth(9)、温控仪表放大器(3)依次连接，实现可调谐LD(8)的温度控制。本实用新型实现电路简洁，控制效果好；温度控制精确度高，响应快，应用方便；加入保护电路保证可调谐LD和TEC驱动器的安全；本实用新型适用于温度控制型可调谐LD温度调节和稳定控制，同时也适用于固定波长DFB激光器的温度控制。

Description

可调谐激光器温度控制装置
技术领域
本实用新型涉及一种激光器控制装置，尤其涉及一种可调激光器温度控制装置。
背景技术
对于固定波长的激光器(LD)，为了保证激光器发射的光波长稳定，需要激光器管芯温度在工作过程中保持不变，所以很多激光器内部都集成了制冷器和温度传感器，采用外部TEC(热电致冷器)驱动器输出制冷器驱动电流，达到升温降温的目的。
随着光通信网络传输容量的发展，对波长数需求越来越多，可调谐LD的出现刚好满足了这一需求。可调谐LD从技术上主要分为：电流控制技术、温度控制技术和机械控制技术等类型。本实用新型主要是针对温度控制型DFB(分布反馈)激光器的控制。与固定波长LD相比，可调谐LD对于波长控制精度要求很高，波长误差必须小于0.02nm，因此对于可调谐LD的温度的控制精度要求提高。同时由于该可调谐LD是温度控制型的，因此在LD控制电路中需对可调谐LD的温度进行调节，温度的变化快慢直接影响着波长的调节速度。
发明内容
本实用新型的目的就在于针对可调谐LD的特点，提供一种可调激光器温度控制装置，即采用单片机、高精度数字电位器、PID电路和TEC驱动器来实现可调谐LD的温度调节和稳定；要求实现电路简洁，控制效果好，精确度高，响应快，应用方便，同时加入保护电路保证可调谐LD和TEC驱动器的安全。
本实用新型的技术方案是：
该可调谐LD的波长调节范围为1547.715-1550.517(共8个通道)，波长间隔为0.4nm(即信道间隔为50GHz)，允许的波长误差为+/-0.02nm(即锁定频率精度为+/-2.5GHz)。由于是温度控制型可调谐LD，因此对外界温度的变化比较敏感，但为了能很好地控制其波长的变化，所以必须对LD外部和内部的温度进行控制，使其温度保持恒定。同时由于调节激光器的波长需要改变激光器的温度，所以对于温度控制电路的响应速度要求高。采用软硬件结合的方法一方面保证了温度调节的方便可靠和快速响应，另一方面也保证了温度的稳定。
如图1，本实用新型包括单片机(1)、数字电位器R1(2)、温控仪表放大器(3)、PID电路(4)、保护电路(5)、TEC驱动器(6)、致冷器(7)、可调谐LD(8)、热敏电阻Rth(9)、温度监控电路(10)；
可调谐LD(8)内部集成了热敏电阻Rth(9)和致冷器(7)；
单片机(1)、数字电位器R1(2)、温控仪表放大器(3)、PID电路(4)、TEC驱动器(6)、致冷器(7)、可调谐LD(8)、热敏电阻Rth(9)、温控仪表放大器(3)依次连接，实现可调谐LD(8)的温度控制；
温控仪表放大器(3)和TEC驱动器(6)连接，使得仪表放大器(3)的参考电压和TEC驱动器(6)的负输入端电压相等。
热敏电阻Rth(9)、温度监控电路(10)、单片机(1)依次连接，温度监控电路(10)监控热敏电阻Rth(9)两端的电压，将电压值反馈给单片机(1)；
保护电路(5)分别与PID电路(4)、TEC驱动器(6)连接，实现对TEC驱动器(6)和可调谐LD(8)的保护。
工作流程：
通过单片机(1)调节数字电位器R1(2)，数字电位器R1(2)阻值变化传递到温控仪表放大器(3)，温控仪表放大器(3)将数字电位器R1(2)和热敏电阻Rth(9)的电压差经过PID电路(4)和保护电路(5)传递给TEC驱动器(6)，TEC驱动器(6)变化导致致冷器(7)工作，从而使可调谐LD(8)温度发生变化，热敏电阻Rth(9)阻值发生改变，最终导致电路动态平衡。温度监控电路(10)监控热敏电阻Rth(9)两端的电压，将电压值反馈给单片机(1)。
工作原理：
当通过单片机(1)改变与热敏电阻Rth(9)对应的数字电位器R1(2)的阻值时，R1和Rth组成的桥路发生变化，通过温控仪表放大器(3)形成差分电压，差分电压经过PID电路(4)后经保护电路(5)将电压送到TEC驱动器(6)，通过TEC驱动器(6)输出一定电压给致冷器(7)，致冷器(7)根据流过电流的方向，对可调谐LD(8)进行制冷或加热，使可调谐LD(8)温度稳定在所要求的值。
保护电路(5)由一个双二极管和4个贴片电阻组成，一端通过两个贴片电阻分压接入其中一个二极管的正端，另一端通过两个贴片电阻分压接入另一个二极管的负端，两二极管的另一边的正负端相连，从而将TEC驱动器(6)正端的输入电压限制在一定的范围内，一方面是为了防止开电的瞬间由于电路没有正常工作会导致进入TEC驱动器(6)的电压过大，烧毁TEC驱动器(6)，同时也为了防止TEC驱动器(6)的电流超过某一最大值，使得致冷器(7)不再制冷而只是发热，导致激光器烧毁；另一方面它也可以防止外界温度突变或电路出现异常的情况下，致冷器(7)工作异常，激光器烧毁。该保护电路有效地保护了TEC驱动器(6)和可调谐LD(7)。
温度监控电路(10)监控热敏电阻Rth(9)两端的电压，将电压值反馈给单片机(1)。单片机(1)经过计算得出热敏电阻的阻值，经过公式RT＝RT0expBp(T-T0)可得出此时可调谐LD(8)的管芯温度。
可调谐LD(8)的温度控制装置必须满足控制精度高、温度稳定性好、响应快的要求，而且它必须是双向控制的，以适应外界温度变化和可调谐LD(8)工作条件的不确定性。该装置通过软硬结合的方式很好地实现了可调谐LD(8)的波长调节和稳定控制，同时也有效保护了可调谐LD(8)和TEC驱动器(6)的安全。
本实用新型具有下列优点和积极效果：
①实现电路简洁，控制效果好；
②温度控制精确度高，响应快，应用方便；
③加入保护电路保证可调谐LD和TEC驱动器的安全；
④本实用新型适用于温度控制型可调谐LD温度调节和稳定控制，同时也适用于固定波长DFB激光器的温度控制。
附图说明
图1是本实用新型结构方框图。
其中：
1-单片机；     2-数字电位器R1；   3-温控仪表放大器；
4-PID电路；    5-保护电路(5)；    6-TEC驱动器；
7-致冷器；     8-可调谐LD；       9-热敏电阻Rth；
10-温度监控电路。
英译汉：
LD：激光器；
PID：比例积分微分；
TEC：热电致冷器；
DFB：分布反馈。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明：
单片机(1)：采用Silicon Laboratories C8051F330控制数字电位器，监控可调谐LD(8)的温度；有上市产品。
数字电位器R1(2)：采用精度较高的10位数字电位器；有上市产品。
温控仪表放大器(3)：采用精密仪表放大器；有上市产品。
PID电路(4)：即由电容、电阻和放大器组成的比例、积分、微分电路；有上市产品。
保护电路(5)：由一个双二极管和4个贴片电阻组成，一端通过两个贴片电阻分压接入其中一个二极管的正端，另一端通过两个贴片电阻分压接入另一个二极管的负端，两二极管的另一边的正负端相连，从而限制进入TEC驱动器(6)的电压，保护TEC驱动器(6)和可调谐LD(8)。
TEC驱动器(6)：是一高效、大电流功率驱动器，集成了PWM发生器、门驱动电路和H桥结构的四个场效应管，其输出电流最大可达3A；有上市产品。
致冷器(7)：集成在可调谐LD(8)中，它是一种利用帕耳贴(Peltier)效应进行制冷或加热的半导体器件；有上市产品。在TEC驱动器(6)两端加上一个直流电压就会产生一个直流电流，这会使TEC驱动器(6)的一端发热，另一端制冷；把TEC驱动器(6)两端的电压反向则会导致相反的热流向。
热敏电阻Rth(9)：集成在可调谐LD(8)中，它是由电阻温度系数大的导体材料制成的电阻元件，电阻温度系数为负值，其阻值与温度的关系是非线性的，阻值随着温度的升高而降低；有上市产品。
可调谐LD(20)：采用温度控制型的可调谐LD；有上市产品。
温度监控电路(10)：通过一个运算放大器组成一个射随器；有上市产品。通过与单片机(1)相连监控电压，通过计算得出可调谐LD(8)的温度。

Claims (4)

1、一种可调激光器温度控制装置，其特征在于：
单片机(1)、数字电位器R1(2)、温控仪表放大器(3)、PID电路(4)、TEC驱动器(6)、致冷器(7)、可调谐LD(8)、热敏电阻Rth(9)、温控仪表放大器(3)依次连接，实现可调谐LD(8)的温度控制。
2、按权利要求1所述的一种可调激光器温度控制装置，其特征在于：
温控仪表放大器(3)和TEC驱动器(6)连接，使得仪表放大器(3)的参考电压和TEC驱动器(6)的负输入端电压相等。
3、按权利要求1所述的一种可调激光器温度控制装置，其特征在于：
热敏电阻Rth(9)、温度监控电路(10)、单片机(1)依次连接，温度监控电路(10)监控热敏电阻Rth(9)两端的电压，将电压值反馈给单片机(1)；
4、按权利要求1所述的一种可调激光器温度控制装置，其特征在于：
保护电路(5)分别与PID电路(4)、TEC驱动器(6)连接，实现对TEC驱动器(6)和可调谐LD(8)的保护。
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