[實用新型]一種半導體激光器的溫控系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN207020552U
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程振;張冠斌;高云
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶博奧新景醫(yī)學科技有限公司
• 主分類號: G05D23/20
• 分類號: G05D23/20
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司51214
• 代理人: 錢成岑

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及半導體溫度控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種半導體激光器的溫控系統(tǒng)。

背景技術(shù)

當前半導體激光器越來越多的被用于高精度的分析儀表中，例如流式細胞儀。它是一種在功能水平上對單細胞或其他生物粒子進行定量分析和分選的檢測儀器，可以高速分析成千上萬個細胞，并能同時從一個細胞中測得多個參數(shù)。

它其首先要解決的是單細胞照明的難題；在該領(lǐng)域一般使用流式聚焦術(shù)，即由鞘液包裹樣品液，將樣本中細胞約束為直徑10μm左右的單細胞流，并固定地逐個依次通過激光照明區(qū)域，產(chǎn)生不同幅值和數(shù)量的脈沖。細胞被激光所產(chǎn)生的散射光和熒光信號的脈沖強度，與激發(fā)光源的波長、瞬時能量密度（或者功率）有直接關(guān)系，若要保持儀器的一致性、穩(wěn)定性和可靠性，必須確保每個細胞被激發(fā)時波長、能量密度的一致性。

目前半導體激光器中，由于泵浦激光二極管（LD）和工作介質(zhì)的發(fā)熱，連續(xù)工作時激光器輸出的光功率會減少，輸出光中心波長發(fā)生漂移，甚至溫度過高而使得激光器損毀。另外，由于細胞、細菌等常見流式細胞儀檢測對象的直徑只有1~15 μm，為了保證不丟失測量事件，在流式細胞儀中激發(fā)光斑通常被設(shè)計成大于細胞直徑的尺寸，如10 μm ×60 μm的橢圓形尺寸；但其能量分布服從高斯分布關(guān)系，即能量密度從光斑中心到邊緣逐漸衰減，光斑位置的漂移對激發(fā)光的能量密度將產(chǎn)生影響。

因此，在激光照明光學設(shè)計設(shè)計上有兩點考慮：第一，保證激光器波長、整體光束能量的穩(wěn)定性；第二，保證激光器指向的穩(wěn)定性。因此通常的方案選用高功率穩(wěn)定、低均方根（RMS）噪聲、高光束質(zhì)量分布和指向穩(wěn)定性的激光器，但會帶來成本的增加。而這些參數(shù)均與激光器工作溫度有直接的關(guān)系，例如半導體激光器是種比較敏感的器件，每攝氏度溫度的變化通常會引起約0.1 nm 輸出波長的改變；激光器輸出功率隨環(huán)境溫度變化，通常隨著溫度的增高輸出功率會下降。除此以外，溫度改變所導致的器件機械形變，可使半導體激光器指向發(fā)生毫米量級的平移。圖1為計算模擬的聚焦光斑水平方向中央能量分布圖，可以看到較平頂?shù)摹⒆畲蠊β?5%以上的能量都集中在12μm左右，而流式細胞儀儀器觀測的細胞直徑約在6-12 μm。

以流式細胞儀為例，根據(jù)流式細胞儀的產(chǎn)品規(guī)格、環(huán)境適應性及穩(wěn)定性要求，需要光學系統(tǒng)在15-35 oC環(huán)境溫度下正常工作，而常規(guī)商業(yè)化激光器指向穩(wěn)定性的指標均受溫度影響，如<5 μrad/ oC，換算到聚焦光斑處約為1.3 μm/ oC，即每攝氏度溫度變化將引起1.3 μm的光斑位置變化，當環(huán)境溫度變化大于10攝氏度式將導致細胞無法被激光器激發(fā)到。因而常規(guī)不控溫方案是不能滿足要求的，需要將激光模塊進行溫度控制27±2 oC以保證光斑指向穩(wěn)定性，此時指向偏移中心最大約3 μm。

因此若能設(shè)計出受控的光源系統(tǒng)，增強激光器的能量和光束指向的穩(wěn)定性，減少高溫高寒等環(huán)境溫度的影響，確保儀器在各類正常工作等，必將使得流式細胞儀等分析儀表的設(shè)計更為可靠、有利于提高其用戶吸引力和市場競爭力。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供了一種半導體激光器的溫控系統(tǒng)。

本實用新型采用的技術(shù)方案是這樣的：一種半導體激光器的溫控系統(tǒng)，包括激光器外殼、溫控開關(guān)、帕爾貼陶瓷片、散熱翅片和溫控電路,所述帕爾貼陶瓷片安裝在激光器外殼的底板正下方凹槽內(nèi)，所述帕爾貼陶瓷片底面安裝散熱翅片，所述溫控開關(guān)安裝在激光器外殼的底板的前凹槽，所述溫控電路包括溫度檢測單元、主控單元和全橋驅(qū)動芯片，溫度檢測單元設(shè)置在激光器外殼的側(cè)壁上，所述溫度檢測單元的溫度傳感器檢測頭伸入激光器外殼內(nèi)側(cè)，所述溫度檢測單元的信號連接主控單元，所述主控單元信號連接全橋驅(qū)動芯片，所述全橋驅(qū)動芯片信號連接溫控開關(guān)和帕爾貼陶瓷片，所述溫控開關(guān)通過串聯(lián)的方式與帕爾貼陶瓷片電連接。

進一步的，所述激光器外殼的底板正下方凹槽設(shè)置為與帕爾貼陶瓷片相同的長寬高尺寸，且散熱翅片的長寬大于帕爾貼陶瓷片的長寬，帕爾貼陶瓷片被凹槽和散熱翅片所固定。

進一步的，所述溫度檢測單元包括溫度傳感器、第一電阻、第二電阻、第三電阻和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述溫度傳感器與第一電阻、第二電阻和第三電阻通過二線制接法構(gòu)成惠斯通電橋，所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器連接惠斯通電橋的輸出端。

進一步的，所述溫度傳感器檢測頭插入激光器外殼內(nèi)側(cè)，通過導熱硅膠與激光器外殼緊密接觸。

進一步的，所述全橋驅(qū)動芯片是采用金屬氧化物半導體場效應晶體管集成的。