[發(fā)明專利]一種非氣密封裝激光器工作環(huán)境濕度及溫度自動控制系統(tǒng)

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• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN107632654A
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賀明壽;許遠忠;張強;李惠敏
• 申請（專利權(quán)）人: 成都光創(chuàng)聯(lián)科技有限公司
• 主分類號: G05D27/02
• 分類號: G05D27/02
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務(wù)所(普通合伙)51227
• 代理人: 周永宏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光通信光互聯(lián)用光電器件領(lǐng)域，特別涉及一種基于內(nèi)嵌PCB線圈加熱擴展激光器低溫范圍應(yīng)用的技術(shù)。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體激光泵浦的固體激光器由于兼有了激光二極管和固體激光器的雙重優(yōu)點,近年來得到迅速發(fā)展，并在軍事、通訊、加工和科研等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。在遠距離通訊，激光雷達，數(shù)字信號的存儲和恢復(fù)，激光測距，機器人，全息應(yīng)用，醫(yī)學(xué)診斷等方面都有廣泛的應(yīng)用。但半導(dǎo)體激光器是一種高功率密度并具有極高量子效率的器件，對工作條件要求非常苛刻。在不適當?shù)墓ぷ骰虼娣艞l件下，會造成性能的急劇惡化乃至失效。

主要由溫度檢測模塊、溫度控制模塊、恒流源模塊、顯示模塊，鍵盤輸入模塊這五部分組成的半導(dǎo)體激光器，通常在室溫條件下使用，溫度波動在±1℃以內(nèi)的工作，溫控系統(tǒng)是其中的研究焦點。半導(dǎo)體激光器的工作原理決定了其自身工作時必然發(fā)熱，而自身產(chǎn)生的熱量嚴重影響著LD的輸出特性，如LD輸出波長隨溫度的漂移，進而影響儀器的精度及使用壽命，為了保證半導(dǎo)體激光器的正常工作，它的工作波長必須保持高度的穩(wěn)定。因此就需要對LD的溫度變化進行嚴格控制。LD是對溫度敏感的器件，輸出光功率隨溫度而變化，其閾值電流、輸出波長以及輸出光功率的穩(wěn)定性都對溫度非常敏感，其工作壽命也與其工作溫度密切相關(guān)。由于溫度對半導(dǎo)體激光器的性能有很大的影響，實驗表明，在電流恒定的情況下，溫度每升高1℃，激光波長將增加大約0.1nm，激光器的壽命會降低一個數(shù)量級。而且溫度過高將導(dǎo)致激光器老化甚至損壞，因此需要將溫度控制在激光器適合的工作條件下，且使溫度起伏小于0.001℃。這樣才能使激光器輸出穩(wěn)定的波長。隨著光通訊速率提高，高速率DML激光器溫度漲落幅度隨激光加熱時間的增加而增大。激光功率漲落引起的溫度漲落的幅度還與材料的熱學(xué)特性有關(guān)。溫度漲落幅度隨材料熱傳導(dǎo)率的增加而降低，隨熱擴散率的增加而增加。也就是說激光功率漲落帶來的溫度漲落與激光器的功率穩(wěn)定性、激光加熱時間、材料的熱傳導(dǎo)率和熱擴散率及材料的初始溫度等因素有關(guān)。隨著溫度的升高光器件的特性會發(fā)生較大變化，使得光信號的功率、波長等參數(shù)發(fā)生很大的變化，眼圖質(zhì)量也變得很差。目前，由于部分直接調(diào)制器激光器DML激光器正常情況下只能工作在0～85℃溫度范圍，工作溫度范圍受到0～85℃工作溫度范圍限制，同時，由于高密度需求封裝尺寸小，當需要激光器應(yīng)用在-40～85℃溫度時，需要擴展激光器工作溫度范圍。DML高速激光器。如何擴展激光器工作溫度范圍尤其顯得重要。

非氣密COB封裝是目前最受歡迎的一種激光器封裝技術(shù)。但非氣密封裝隨之帶來問題，非氣密導(dǎo)致激光器長時間處于濕度超出激光器工作范圍條件下，這樣會降低激光器使用可靠性及壽命。激光器工作環(huán)境嚴重影響著激光器的輸出特性，如激光器輸出波長隨溫度的漂移，進而影響儀器的精度及使用壽命，為了保證半導(dǎo)體激光器的正常工作，它的工作波長必須保持高度的穩(wěn)定。因此就需要對激光器的溫度和濕度變化進行嚴格控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提出了一種非氣密封裝激光器工作環(huán)境濕度及溫度自動控制系統(tǒng)，基于激光器載體內(nèi)加熱線圈加熱自動控制激光器環(huán)境溫度從而控制激光器工作環(huán)境濕度，并且可以減小封裝尺寸和寄生參數(shù)，提高激光器高速性能。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種非氣密封裝激光器工作環(huán)境溫度自動控制系統(tǒng)，包括：置于激光器旁用于感知激光器工作溫度的熱敏電阻和感知激光器環(huán)境濕度的濕度傳感器，以及內(nèi)嵌于激光器載體，且位于激光器和熱敏電阻下方的加熱線圈，還包括：采樣電阻、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微控制單元、線圈加熱驅(qū)動器；所述熱敏電阻第一端接參考電壓，熱敏電阻第二端接采樣電阻第一端，所述采樣電阻第二端接地；熱敏電阻第二端經(jīng)第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器還與微控制單元相連，所述微控制單元通過線圈加熱驅(qū)動器控制加熱線圈工作。

進一步地，所述微控制單元根據(jù)熱敏電阻的電壓計算得到激光器的工作溫度。

更進一步地，所述微控制單元還包括設(shè)定激光器工作溫度的第一閾值以及第二閾值，當檢測到的當前激光器工作溫度小于第一閾值時，則微處理單元啟動線圈加熱驅(qū)動器使加熱線圈工作；當檢測到的當前激光器工作溫度大于或等于第二閾值，則微處理單元關(guān)斷線圈加熱驅(qū)動器。

進一步地，所述激光器載體為印制電路板。

更進一步地，采用板貼封裝COB工藝將激光器封裝在印制電路板上。