乐鱼体育官网app手机下载
半导体激光器主动温度操控电路设计
发布时间:2021-08-29 08:00:46 来源:乐鱼体育注册app在线 作者:乐鱼下载官网地址

  本文对用于通讯设备的半导体激光器温度操控电路进行了模型树立和剖析,并从主动操控的视点对温控电路方式进行了具体的功能指标剖析和测验,通过对不同的操控办法的仿真剖析和实测数据的比照得出了一种较为有用的温度操控电路,能够满意一般温控体系的要求。

  在光纤通讯范畴,一般运用半导体激光器作为光源,而半导体激光器的发射波长与管芯的温度密切相关,温度升高将导致波长变长(一般为0.1nm℃),关于一般的单波长光通讯体系来说,波长的漂移对体系功能并无太大影响。但关于密布波分复用体系(DWDM),因为通道间的波长间隔现已很小,坚持波长的安稳就变得十分重要。例如,作业在C波段的32波体系,通路波长间隔为100GHz(约0.8nm),而作业在C+L波段的160波体系,通路波长间隔为50GHz(约0.4nm)。因而,假如不对激光器管芯的温度加以操控,细小的温度改变将导致整个体系的不可用。别的,半导体激光器是对温度灵敏的器材,其阈值电流、输出波长以及输出光功率的安稳性都对温度十分灵敏,其作业寿数也与其作业温度密切相关。

  试验标明,温度每升高30℃激光器的寿数会下降一个数量级。关于牢靠性要求高的场合,且确保激光器的寿数就需求对管芯温度加以操控,这样在体系中就需求附加一个主动温度操控电路(ATC)来完结对激光器管芯的温度操控。

  如图1是一个典型的温度操控体系原理框图,传感器将丈量到的实践温度值与设定温度值进行比较得出差错信号,差错信号送入操控器并驱动执行器对温度进行调理,因为反应的效果,使得整个体系的温度一直安稳在设定值上。

  在光通讯体系中,一般有两类光源需求进行温度操控。一类是作为通讯光源用的激光器,一类是泵浦激光器,而在这两类光器材中,一般都集成了用于构成温度操控电路的热敏电阻和热电致冷器(TEC:

  那么,外围电路就需求完结温度检测信号的扩大,通过恰当的操控器电路后,通过功率扩大器去驱动TEC致冷器完结温控进程。因而,温控电路首要的环节有:

  一般带致冷激光器的常见结构是首先将激光器、背光管、热敏电阻等组件安装在一个子热沉上,然后再固定到TEC制冷器上,当温控电路正常作业时,坐落TEC上的子热沉将稳定在某一设定温度值。当给TEC致冷器通不同极性的电流时能够别离完结致冷或致热,不管处于致冷仍是致热状况,温度都不会骤变,而是一个缓慢改变的进程。而在必定的电流下,当时刻满足长时因为外界的热交换达到了平衡状况,温度将维持在某一个值(即与壳体间的稳定温差ΔT)。因而能够估测TEC致冷器在传递函数模型上类似于一阶惯性环节为了确认Ktec和Ttec,以某稳定电流作为TEC致冷器输入,并通过热敏电阻检测温度的改变,将收集到的温度与时刻的联系通过计算机制作得到相应的曲线。

  以激光器FUJITSU的FLD5F6CXF为例,通过丈量Ttec可取6秒,Ktec可取90,即1安培电流能取得的温差约为90℃。因为TEC致冷器和温度传感器之间存在必定的间隔,所以还需考虑这种间隔带来的温度推迟时刻,被测的FUJITSU激光器的热推迟时刻t大约为100毫秒左右,因为推迟的存在,相当于在操控回路中增加了一个推迟环节。

  为了检测激光器管芯的温度,激光器中一般在TEC致冷器上集成了一个负温度系数的热敏电阻(NTC)来作为温度传感器,其电阻值与温度间的联系为:

  (其间:β为热敏元件的资料常数;T、T0为开氏温度;RT、R0对应于T、T0下的热敏电阻阻值。)依据器材硬件手册上给出的β常数以及25℃时热敏电阻的阻值,由式1便能够计算出恣意温度下热敏电阻的阻值。热敏电阻的灵敏度比较高,非线性也很严重。但因为激光器温度操控电路终究都是安稳在某个温度点上,而在此温度范围内,若界说为热敏电阻的温度系数αT,则由式1可得:

  当(T0 =298K即25℃时),β=3450K时,在激光器一般的作业温度25℃(298K)下,αT = 3.885%%℃。当温度改变ΔT时,电阻值的改变为:

  时电桥平衡,电桥输出为零。一般,为了使电桥灵敏度高,常取电桥上的各个电阻值持平,即R1 / R2 = R3 / R4 =1.当R1为热敏电阻时,温度的改变将引起热敏电阻阻值的改变,设为ΔR1,此刻电桥将失去平衡。