[實用新型]一種基于脈沖寬度調制的量子光學模塊溫度控制裝置

有效

• 申請號: 201720830083.6
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN206960984U
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 張志剛;羅登;劉建宏;代云啟
• 申請（專利權）人: 科大國盾量子技術股份有限公司
• 主分類號: G05D23/24
• 分類號: G05D23/24
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙)34124
• 代理人: 丁瑞瑞

技術領域

本實用新型涉及光纖通信技術領域，尤其涉及一種基于脈沖寬度調制的量子光學模塊溫度控制裝置。

背景技術

在量子通信領域，在電子設備的溫度控制方法上，通常的做法是使用TEC(半導體致冷器)來進行元件或設備的加熱及制冷，使用PID反饋算法來實現穩定的溫度控制。比如半導體激光器工作時管芯的溫度需要恒定，通常的做法是在半導體激光器的驅動芯片下放置一個TEC及熱敏電阻，將其封裝在充滿惰性氣體的激光器管殼內，通過引腳連接外部電路。外部電路采集熱敏電阻的阻值，根據電阻值計算出當前管芯的溫度，外部可編程器件根據采集的溫度值進行PID反饋運算，驅動TEC驅動芯片輸出相應的電流給TEC進行加熱或制冷來保持激光器的溫度恒定。

在量子密鑰分發系統中，光學模塊的性能是決定系統工作穩定性及密鑰安全性的重要部件。光學模塊主要由光學元件組成，包含光學無源元件和光學有源元件。通常，用于制作光學元件的材料具有較大的熱膨脹系數，在高溫和低溫環境下，光學元件的很多參數如插入損耗、折射率、厚度、帶寬等都會隨之改變，尤其在低溫環境中使用時，光學元件由于熱脹冷縮效應，元件還可能會出現碎裂的風險。光學元件廠商給的參數均是在常溫下標定的，不能保證在高低溫環境下的性能參數。對于光學元件的使用溫度范圍，元件手冊一般都要求工作在環境溫度-10℃以上。通常，量子密鑰分發系統使用的環境為室溫，光學模塊的性能比較穩定。然而，在某些特定的應用場合下，量子密鑰分發系統中的光學模塊需要能夠適應更大的溫度變化范圍。為保證量子密鑰分發系統的性能及提高光學元件的使用壽命，光學模塊內部的光學元件應盡量保持在0℃以上。

通常，對于部件或元件的溫度控制，采用TEC來控制溫度的做法能夠很好的將溫度恒定在設定的值，且溫度恒定的精度較高。然而，根據TEC的特性，其工作時一面為熱面，另外一面為冷面，器件工作時與外界環境的溫度差會加速TEC的氧化。因此，TEC需要置于密封環境下或者對TEC進行封邊處理，安裝工藝要求較高。另外，TEC加工后形狀非常規則，大小基本是固定的，很難與被加熱物體形成共面結構，尤其當被加熱物體為非規則的形狀時，會造成被加熱物體內部溫度不均勻。TEC的成本相對較高，且需要較復雜的外部驅動電路，不適合應用在不需要將溫度控制的非常精確的應用場合。

實用新型內容

本實用新型的所要解決的技術問題是提供一種成本較低的不同于TEC溫控的基于脈沖寬度調制(PWM)的量子光學模塊溫度控制裝置。

為了解決上述技術問題，本實用新型的技術方案如下：一種基于脈沖寬度調制的量子光學模塊溫度控制裝置，包括溫度采集單元(102)、A/D轉換電路(103)、濾波電路(1042)、PID調節器(1044)、PWM信號發生器(105)、開關電路(106)、穩壓電源電路(107)、功率MOS管(108)、加熱模塊(109)；

其中溫度采集單元(102)設置在量子光學模塊(101)的內部，溫度采集單元(102)的輸出端連接到A/D轉換電路(103)的輸入端，A/D轉換電路(103)輸出端連接到濾波電路(1042)的輸入端，濾波電路(1042)的輸出端連接到PID調節器(1044)，PID調節器(1044)的輸出端連接PWM信號發生器(105)的輸入端，PWM信號發生器(105)的輸出端通過開關電路(106)連接到功率MOS管(108)的控制端，穩壓電源電路(107)連接到功率MOS管(108)的輸入端，功率MOS管(108)的輸出端連接到加熱模塊(109)，所述加熱模塊(109)置于量子光學模塊的底部。

作為一個實施例，所述濾波電路(1042)、PID調節器(1044)集成在可編程控制單元(104)中。

作為另一個實施例，所述A/D轉換電路(103)、濾波電路(1042)、PID調節器(1044)、PWM信號發生器(105)集成在可編程控制單元(104)中。

作為優選的方案，所述加熱模塊(109)與量子光學模塊(101)采用共面結構。

作為優選的方案，所述加熱模塊(109)采用聚酰亞胺加熱電阻膜。

作為優選的方案，所述加熱電阻膜不與量子光學模塊(101)接觸的一面設置保溫材料。

進一步具體的，所述溫度采集單元(102)包括熱敏電阻、接頭JP1、運算放大器、電阻R1、R3、R9及電容C1、C3、C7；