CN204143275U - 半导体激光器自动温度控制*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种半导体激光器自动温度控制***，包括LD激光二极管、TEC制冷器和PIN二极管，LD激光二极管和PIN二极管连接外电路，还包括温度检测放大电路、控制器和TEC功率放大器，使激光器的工作温度保持在20℃左右，提高了其工作可靠性，并延长了激光器的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及通信设备的半导体激光器技术领域，具体涉及半导体激光器的温度控制***。
背景技术
在光纤通信领域，通常使用半导体激光器作为光源，温度变化引起激光器输出光功率的变化虽然可以通过A P C 电路进行调节，使输出光功率恢复正常，但半导体激光器的发射波长与管芯（即激光二极管，Laser Diode，LD）的温度密切相关，温度升高将导致波长变长（一般为0.1nm℃），对于一般的单波长光通信***来说，波长的漂移对***性能并无太大影响。但对于密集波分复用***（DWDM），由于通道间的波长间隔已经很小，保持波长的稳定就变得非常重要。例如，工作在C波段的32波***，通路波长间隔为100GHz（约0.8nm），而工作在C+L波段的160波***，通路波长间隔为50GHz（约0.4nm）。因此，如果不对激光器管芯的温度加以控制，微小的温度变化将导致整个***的不可用。
另外，半导体激光器是对温度敏感的器件，其阈值电流、输出波长以及输出光功率的稳定性都对温度非常敏感，其工作寿命也与其工作温度密切相关。实验表明，温度每升高30℃激光器的寿命会降低一个数量级。对于可靠性要求高的场合，且保证激光器的寿命就需要对管芯温度加以控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种半导体激光器的自动温度控制***，为了保证激光器长期稳定工作，采用自动温度控制电路使激光器的工作温度保持在20℃左右。
为解决上述技术问题，本发明涉及一种半导体激光器自动温度控制***，包括LD激光二极管、TEC制冷器和PIN二极管，所述LD激光二极管和PIN二极管连接外电路，还包括温度检测放大电路、控制器和TEC功率放大器，所述温度检测放大电路包括一惠斯通电桥和至少一个运算放大器A1，所述惠斯通电桥由两个固定电阻R1、R2、一个热敏电阻Rt和一个可调电阻构成R3，其中R1、R2串联，二者中间点取为Vb，热敏电阻Rt与可调电阻R3串联，二者中间点取为Va，Vb、Va分别连接所述运算放大器A1的差动输入端；所述控制器包括一PI控制器电路，所述PI控制器电路的输入端连接温度检测放大电路中运算放大器A1的输出端，所述PI控制器电路的输出端连接TEC功率放大器，所述TEC功率放大器包括至少一个半导体三极管BG，所述半导体三极管BG的基极连接PI控制器电路的输出端，所述半导体三极管BG的发射级连接TEC制冷器。
优选的，所述PI控制器电路包括一运算放大器A2，所述PI控制器电路中运算放大器A2的同相输入端与所述温度检测放大电路中运算放大器A1的输出端连接，所述PI控制器电路中运算放大器A2的异相输入端通过一负载电阻R4接地，其输出端与同相输入端之间连接至少一个负载电阻R5，所述负载电阻并联一电容C。PI控制器的作用是对***中的误差信号进行比例、积分、微分等运算，形成适当的控制信号，以获得满意的控制性能。
优选的，所述热敏电阻Rt为负温度系数的电阻，即热敏电阻Rt的阻值大小与所测量的温度成反比。
优选的，所述热敏电阻Rt、LD激光二极管、TEC制冷器和PIN二极管固定在热沉上，并紧密封装在一起。
本发明的工作过程为：首先确定LD管芯工作温度，优选取为20℃；查知该温度下热敏电阻Rt(20℃)之阻值大小；惠斯登电桥的平衡条件是R1Rt=R2R3，此时Va=Vb，所以选取R1=R2，R3=Rt(20℃)。此状态下Va=Vb，故A1无差动信号输入，因而A1无输出电压，以致BG无基级电流，使得BG无足够射极电流Ie，所以20℃状态下致冷器TEC不致冷。当环境温度升高时，LD管芯温度↑→热沉温度↑→Rt阻值↓→Va↓→A的输出电压↑→BG基级电流↑→致冷电流Ie产生→致冷器致冷→热沉温度↓→LD管芯温度↓。
本发明的有益效果为：采用自动温度控制电路（ATC）使激光器的工作温度保持在20℃左右，提高了其工作可靠性，并延长了激光器的使用寿命。
附图说明
图1为本发明自动温度控制电路的电路示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，本发明涉及一种半导体激光器自动温度控制***，包括LD激光二极管、TEC制冷器和PIN二极管，LD激光二极管和PIN二极管连接外电路。还包括温度检测放大电路、控制器和TEC功率放大器，温度检测放大电路包括一惠斯通电桥和至少一个运算放大器A1，惠斯通电桥由两个固定电阻R1、R2、一个热敏电阻Rt和一个可调电阻构成R3，其中R1、R2串联，二者中间点取为Vb，热敏电阻Rt与可调电阻R3串联，二者中间点取为Va，Vb、Va分别连接运算放大器A1的差动输入端；控制器包括一PI控制器电路，PI控制器电路的输入端连接温度检测放大电路中运算放大器A1的输出端，PI控制器电路的输出端连接TEC功率放大器，TEC功率放大器包括至少一个半导体三极管BG，半导体三极管BG的基极连接PI控制器电路的输出端，半导体三极管BG的发射级连接TEC制冷器。热敏电阻Rt为负温度系数的电阻，即热敏电阻Rt的阻值大小与所测量的温度成反比。
PI控制器电路包括一运算放大器A2，所述PI控制器电路中运算放大器A2的同相输入端与所述温度检测放大电路中运算放大器A1的输出端连接，所述PI控制器电路中运算放大器A2的异相输入端通过一负载电阻R4接地，其输出端与同相输入端之间连接至少一个负载电阻R5，所述负载电阻并联一电容C。PI控制器的作用是对***中的误差信号进行比例、积分、微分等运算，形成适当的控制信号，以获得满意的控制性能。
热敏电阻Rt、LD激光二极管、TEC制冷器和PIN二极管固定在热沉上，并紧密封装在一起。
由R1、R2、R3、和热敏电阻Rt组成的“换能”电桥，通过电桥把温度的变化转换为电量的变化。运算放大器A1的差动输入端跨接在电桥的对端，用以改变半导体三极管BG的基极电流。在设定温度（如20℃）时，选取R1=R2，R3=Rt(20℃)。此状态下Va=Vb，故A1无差动信号输入，因而A1无输出电压，以致BG无基级电流，流过制冷器TEC的电流也为零，此时致冷器TEC不致冷。当环境温度升高，LD的管芯温度和热沉温度也升高，热敏电阻Rt的阻值变小，电桥失去平衡，Va电压减小，运算放大器A1的输出电压升高，半导体三极管BG的基极电流增大，导致射级电流Ie增大，同时制冷器TEC的电流增大，制冷器TEC温度降低，热沉和LD管芯温度也降低，因而保持温度恒定。即LD管芯温度↑→热沉温度↑→Rt阻值↓→Va↓→A的输出电压↑→BG基级电流↑→致冷电流Ie产生→致冷器致冷→热沉温度↓→LD管芯温度↓。
以上是本发明的较佳实施方式，但本发明的保护范围不限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，未经创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应以权利要求所限定的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种半导体激光器自动温度控制***，包括LD激光二极管、TEC制冷器和PIN二极管，所述LD激光二极管和PIN二极管连接外电路，其特征在于：包括温度检测放大电路、控制器和TEC功率放大器，所述温度检测放大电路包括一惠斯通电桥和至少一个运算放大器，所述惠斯通电桥由两个固定电阻、一个热敏电阻和一个可调电阻构成，其中两个固定电阻串联，二者中间点取为A，热敏电阻与可调电阻串联，二者中间点取为B，A、B分别连接所述运算放大器的差动输入端；所述控制器包括一PI控制器电路，所述PI控制器电路的输入端连接温度检测放大电路中运算放大器的输出端，所述PI控制器电路的输出端连接TEC功率放大器，所述TEC功率放大器包括至少一个半导体三极管，所述半导体三极管的基极连接PI控制器电路的输出端，所述半导体三极管的发射级连接TEC制冷器。
2.如权利要求1所述的半导体激光器自动温度控制***，其特征在于：所述PI控制器电路包括一运算放大器，所述PI控制器电路中运算放大器的同相输入端与所述温度检测放大电路中运算放大器的输出端连接，所述PI控制器电路中运算放大器的异相输入端通过一负载电阻接地，其输出端与同相输入端之间连接至少一个负载电阻，所述负载电阻并联一电容。
3.如权利要求2所述的半导体激光器自动温度控制***，其特征在于：所述热敏电阻为负温度系数的电阻。
4.如权利要求3所述的半导体激光器自动温度控制***，其特征在于：所述热敏电阻、LD激光二极管、TEC制冷器和PIN二极管紧密封装在一起。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104298277A (zh) * | 2014-09-19 | 2015-01-21 | 江苏骏龙电力科技股份有限公司 | 半导体激光器自动温度控制*** |
| CN107687915A (zh) * | 2016-08-03 | 2018-02-13 | 麦克罗特尔电子技术股份公司 | 设有偏置的校准电阻器的压阻式压力传感器 |
| CN110940843A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-03-31 | 国网山西省电力公司大同供电公司 | 一种用于光纤光栅电流传感器的高频电流解调装置 |
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