一种适应低温环境的半导体激光器系统及其波长调节方法
【专利摘要】本发明提供一种适应低温环境的半导体激光器系统，该系统能够适应低温环境，且产品体积较小、调节方便、响应迅速。该半导体激光器系统包括电源、半导体激光器和控制器，电源接至半导体激光器的驱动输入端；所述电源是一台同时具备脉冲激励以及直流激励的电流源，所述控制器用以调节电源的直流输出部分，利用直流偏置电流引起的温升来调节半导体激光器的波长。本发明结构简单，通用性更好，调节过程的响应时间迅速，不受恶劣环境的影响；测试成本较低，在实践中具有广阔的应用前景。
【专利说明】一种适应低温环境的半导体激光器系统及其波长调节方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体激光器系统及其调节方法。
【背景技术】
[0002]在极端环境下，比如零下20°C时，大部分激光器无法正常工作，不能达到需要的性能参数，尤其不能达到半导体激光器所需波长的要求。现有技术主要是通过对半导体激光器进行接触式加热，用以升高半导体激光器的温度，从而使半导体激光器的波长可以满足需求。例如，传导冷却型半导体激光器通过升高热沉的温度而使半导体激光器的温度升高从而实现对输出波长的控制。现行技术用温度控制波长的方式需要精确的温度反馈控制系统，以及接触半导体激光器的温度传导模块，因此，用温度控制波长的装置不仅需要较为复杂的电路、模块化设计，同时也需要编写相应的程序软件对温度进行控制。要达到精确且快速响应要求的温度控制系统，必须选用精度更高、响应时间迅速的仪器设备，为半导体激光器波长测试系统带来更高的成本。
【发明内容】
[0003]为了克服现有技术下产品体积、重量较大，响应缓慢等缺陷，本发明提供一种新的半导体激光器系统，该系统能够适应低温环境，且产品体积较小、调节方便、响应迅速。
[0004]本发明提供以下解决方案:
[0005]一种能够适应低温环境的半导体激光器系统，包括电源、半导体激光器，电源接至半导体激光器的驱动输入端；其特殊之处在于:该半导体激光器系统还包括控制器；所述电源兼有脉冲输出和直流输出功能，所述控制器用以调节电源的直流输出部分。
[0006]上述电源优选一台同时具备脉冲激励以及直流激励的电流源。经实验证实，所设计的脉冲电源电路和直流电源电路的内部阻抗等参数需相匹配，才能够将脉冲电源电路和直流电源电路设计成并联结构；直流电源中的阻抗远远大于半导体激光器的阻抗，所以对于脉冲电源，其电流只经过半导体激光器，而未将直流电源做为负载。目前，电源厂商也可以根据用户需要定制此类电源。
[0007]上述半导体激光器系统的波长调节方法，包括以下步骤:
[0008]( I)直流偏置电流测试
[0009](1.1)电源按照标准值对半导体激光器输出脉冲电流；
[0010](1.2)当半导体激光器达到阈值电流时，保持脉冲电流输出，加载直流偏置电流；
[0011](1.3)利用直流偏置电流引起的温升来调节半导体激光器的波长；通过改变直流偏置电流大小并实时检测波长信息，得出半导体激光器的波长与加载的直流偏置电流的函数关系；
[0012](2)半导体激光器系统工作的温控调节
[0013]依照步骤(1.1)进行操作，当半导体激光器达到阈值电流时，保持脉冲电流输出，根据步骤(1.3)得到的函数关系，加载相应的直流偏置电流。[0014]相应的，本发明的波长调节测试系统，即包括上述半导体激光器系统，半导体激光器的激光输出通道分为两个支路，一个支路上设置有功率计，另一个支路上设置有光谱仪。
[0015]由脉冲电源激励半导体激光器的电流超过其阈值电流而发光，然后由直流电源按一定步进量调节，同时用光谱仪测试其输出波长，得出直流电流与波长的对应关系，从而达到由直流电流控制半导体激光器波长的功能。在低温情况下，为无法达到波长要求的半导体激光器提供合适的直流偏置电流，从而调谐波长。
[0016]功率计用来本系统中半导体激光器的功率，观察本系统中半导体激光器功率是否衰减。功率计的作用主要是为了测试本系统直流电源加载后对半导体激光器功率的影响。
[0017]本发明具有以下优点:
[0018]本发明结构简单，通用性更好，调节过程的响应时间迅速，不受恶劣环境的影响。
[0019]本发明能够采用简单的控制模型(函数关系)进行精确、稳定的调节。
[0020]本发明所需部件简单，测试成本较低，在实践中具有广阔的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明的温控调节测试系统的结构示意图。
[0022]图2为本发明一个实施例的半导体激光器中心波长与直流偏置的关系。
[0023]图3为本发明一个实施例的半导体激光器平均功率与直流偏置的关系。
【具体实施方式】
[0024]本实施例的输入电源是一台同时具备脉冲激励以及直流激励的电流源，为半导体激光器供电，且可以改变其中的直流分量。在低温条件下，加载直流分量能够引起温升，使得半导体激光器正常启动，并调谐半导体激光器的波长。
[0025]实际应用中，首先需要脉冲电流源对半导体激光器激励，让半导体激光器在工作状态下发光。然后，调节小于阈值电流的直流电流源，利用直流电流引起的温升来调节半导体激光器的波长。根据大量的实验结果可以得出半导体激光器的波长与输入的直流偏置电流的线性关系.故在极端恶劣的条件下，可以通过调谐输入的直流电流来控制半导体激光器的波长从而可以达到预期的功能(比如将该半导体激光器用作泵浦源)。
[0026]测试时，被测的半导体激光器采用相应的卡具固定装载并将其正负端子导出接入电源。测试系统的输出部件包括光谱仪、功率计以及相应的测试软件。其中，光谱仪用于测试半导体激光器发出的激光波长；采用功率计，最终能够测得加载不同的偏置电流对应的功率的变化值；由此即可得出半导体激光器波长与偏置电流的对应曲线，以及同等情况下功率的变化趋势。这样，可以在实际应用中，即可选取合适的直流偏置输入来获得期望的波长和功率。
[0027]下面给出一例半导体激光器激光输出与直流偏置电流的关系实验:
[0028]测试时的环境温度温度控制在25V ;功率计置于产品前端读取平均功率值；光谱仪置于产品前端读取匀化后的中心波长值。在测试时保证脉冲电源的输入，并调谐直流电流而获取变化的波长与功率。
[0029]实验数据如下:
[0030]实验在200us，20Hz, 80A脉冲激励条件下进行。调谐直流偏置从0.2?5A，步进为0.2A。读取功率以及中心波长结果，按散点图排列如图2、3所示。两图的横坐标均为直流
偏置值。
[0031]从图2可得，中心波长与直流偏置成线性关系，拟合后公式为y=2.798x+794.582。当直流电流增加到5A时，中心波长增加了 13nm。
[0032]从图3可得，平均功率随着直流电流增大，而缓变下降。当直流电流增加到5A时，平均功率下降了 0.44W。用excel中多项式拟合的方法，拟合出功率随偏置电流的变化关系:y= - 0.017x2+0.0Olx+1.491。
【权利要求】
1.一种适应低温环境的半导体激光器系统，包括电源、半导体激光器，电源接至半导体激光器的驱动输入端；其特征在于:该半导体激光器系统还包括控制器；所述电源兼有脉冲输出和直流输出功能，所述控制器用以调节电源的直流输出部分。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器系统，其特征在于:所述电源是一台同时具备脉冲激励以及直流激励的电流源。
3.一种对权利要求1所述半导体激光器系统进行波长调节的方法，包括以下步骤: (1)直流偏置电流测试 (1.1)电源按照标准值对半导体激光器输出脉冲电流； (1.2)当半导体激光器达到阈值电流时，保持脉冲电流输出，加载直流偏置电流； (1.3)利用直流偏置电流引起的温升来调节半导体激光器的波长；通过改变直流偏置电流大小并实时检测波长信息，得出半导体激光器的波长与加载的直流偏置电流的函数关系; (2)半导体激光器系统工作的温控调节 依照步骤(1.1)进行操作，当半导体激光器达到阈值电流时，保持脉冲电流输出，根据步骤(1.3)得到的函数关系，加载相应的直流偏置电流。
4.一种实现权利要求3所述方法的波长调节测试系统，包括权利要求1所述的半导体激光器系统，半导体激光器的激光输出通道分为两个支路，一个支路上设置有功率计，另一个支路上设置有光谱仪。
【文档编号】H01S5/062GK103715603SQ201310738768
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】刘兴胜, 祝丽莉, 吴迪 申请人:西安炬光科技有限公司