[發(fā)明專利]一種自帶波長校準的同軸激光器及其光源內(nèi)核

在審

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• 申請日: 2019-04-29
• 公開（公告）號: CN109950788A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發(fā)明（設計）人: 宋子毅
• 申請（專利權）人: 宋子毅
• 主分類號: H01S5/02
• 分類號: H01S5/02;H01S5/022;H01S5/024;G01N21/39;G01N21/01
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識產(chǎn)權代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立;楊彩蘭

本發(fā)明涉及一種自帶波長校準的同軸激光器及其光源內(nèi)核，包括TO管座、TEC制冷器、熱傳導墊塊、氮化鋁墊塊、激光器芯片、熱敏電阻和TO管腳，TEC制冷器、激光器芯片和熱敏電阻均分別與TO管腳電連接，激光器芯片的主光軸與TO管座的中心軸線同軸；TEC制冷器包括控溫冷面和散熱熱面，熱傳導墊塊焊接在控溫冷面上；熱傳導墊塊包括第一墊塊和第二墊塊，第一墊塊固定設置在第二墊塊的上表面，第二墊塊設置在TEC制冷器的上表面，制成第一墊塊的材質的熱擴散系數(shù)大于40mm²/s，制成第二墊塊的材質的熱擴散系數(shù)小于10mm²/s。本發(fā)明既有效解決了目前同軸激光器存在示值穩(wěn)定性差的問題，又真正實現(xiàn)波長自校準功能，有效提高TDLAS氣體檢測精度，更適用于TDLAS氣體檢測系統(tǒng)。

技術領域

本發(fā)明涉及氣體檢測領域，尤其涉及一種自帶波長校準的同軸激光器及其光源內(nèi)核。

背景技術

基于TDLAS(可調諧半導體激光吸收光譜)技術的氣體含量實時在線式檢測系統(tǒng)是通過氣體對特定波長的激光吸收，測量對應氣體的含量。它是先進的高靈敏度、快速響應的新一代氣體檢測技術。該技術具有測量精度高，可達ppm(百萬分之一)量級；準確度高，可檢測混合氣體中的特定成分氣體；響應速度快，可達毫秒響應量級；使用光學方式檢測，可抗干擾和防爆特性；無需經(jīng)常標定等優(yōu)點，可用于易燃易爆氣體檢測。

其中，若要實現(xiàn)激光器的高精度測量，必須保證激光系統(tǒng)中激光器光源工作的中心波長正好對準被測氣體的吸收波長，以甲烷氣體為例，某一吸收波長為1653.7nm，因此激光甲烷傳感器光源中的激光器芯片掃描波長中心需要對準1653.7nm。然而激光器光源的驅動電流、環(huán)境溫度等因素都會引起激光器芯片波長的漂移，環(huán)境溫度越高，激光器芯片波長越長，反之越短。因此在環(huán)境溫度變化、激光器中心波長自身跳變、激光器驅動電流變化等多重因素的影響下，需要激光器波長的掃描中心時時自校準，確保激光器芯片發(fā)出激光波長的掃描中心不發(fā)生變化，才能準確的檢測出目標氣體，使得設備成為真正的免校準、免維護設備。

目前激光氣體檢測系統(tǒng)中的激光器主要存在以下幾種問題：

1、目前用于激光氣體檢測領域的激光器均是采用的蝶形14pin(butterfly)或者BOX的封裝形式或同軸帶制冷封裝形式，所有當前市場上各類別的激光器光源產(chǎn)品均不帶波長自校準功能，無法真正實現(xiàn)免維護激光器光源產(chǎn)品，不利于氣體的準確檢測；且目前的同軸帶制冷封裝形式的激光器多用于通信領域，波長漂移的控制精度為1nm左右，該控制精度完全不適應于氣體檢測領域。

2、目前的低功耗小尺寸封裝激光器，例如小型化BOX封裝型和同軸帶制冷型激光器都存在波長掃描中心不穩(wěn)定，即用此類激光器的TDLAS氣體檢測設備檢測氣體時，濃度示值不夠穩(wěn)定，會出現(xiàn)1％左右的往返擺動。其原因在于：該類激光器中的半導體制冷器TEC控溫冷面為保持設定溫度，需要不停的進行正弦波式溫度補償控制，由于小尺寸封裝激光器內(nèi)部空間有限，熱沉熱負載太小，因此熱沉溫度穩(wěn)定性低。而熱敏電阻距離TEC控溫冷面的高度因結構原因不容易降低，導致控制延時。從而導致DFB/Vcsel激光器芯片波長掃描中心始終在呈正弦波式的變化，從而影響到TDLAS氣體檢測設備濃度示值不夠穩(wěn)定。

3、當前激光器在TDLAS氣體檢測系統(tǒng)應用中，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定性或者免維護，都外加獨立的參考氣室或帶參考氣室的光電探測器，但此類系統(tǒng)光電結構復雜、體積大、成本高、可靠性低。目前市場上還沒有一種結構緊湊、體積小、成本低的自帶波長較準功能的激光器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種自帶波長校準的同軸激光器及其光源內(nèi)核，以解決現(xiàn)有的激光器無法進行波長自校準且自校準控制精度差、波長穩(wěn)定性差的技術問題。

本發(fā)明解決上述問題的技術方案如下：