半导体激光器的轴对称温度场控制装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种半导体激光器的轴对称温度场控制装置包括：前盖、NTC热敏电阻、环形纯铜热沉、环形半导体制冷片、半导体激光器、散热底座、在前盖腔体内装有中孔的泡沫塑料。半导体激光器嵌入环形纯铜热沉的中心，通过改变环形半导体制冷片两端电流的方向和大小，从而改变环形纯铜热沉上的温度，因此半导体激光器周边的温度场分布圆形对称，分布均匀，激光器输出的波长模态稳定性大幅度提高，激光器的温度控制精度和响应速度也提高。
【专利说明】
半导体激光器的轴对称温度场控制装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种半导体激光器的轴对称温度场控制装置，用于光学通讯和光学干涉测量等领域，但是不限制于上述使用范围。
【背景技术】
[0002]半导体激光器具有体积小、重量轻、响应速度快，易于光纤耦合，寿命长、转换效率高、功耗低、使用安全、易于调制，相干性好等优点，在光学通讯和光学测量等领域中应用广泛。
[0003]半导体激光器的输出波长和光功率与温度有很大的关系，当半导体激光器工作温度增加时，其输出的光强减弱，波长向长波长方向漂移。波长随温度变化的典型值为
0.3nm-0.4nm/°C。在相干光通讯和光学干涉中，对波长稳定性要求较高，因此在绝大多数应用半导体激光器的场合，必须对半导体激光器的工作温度进行高精度控制，最高温度控制精度可达±0.03 °C。
[0004]美国Thorlabs公司的TCLDM9是一种被广泛使用的半导体激光器装夹和温度控制装置，如图1所示。它是平板铜衬底上放置两片对称的半导体制冷片，中间穿过半导体激光器，与环境没有任何热隔离和热绝缘层。这样的结构不合理，环境干扰大。
[0005]基于这些问题，本发明提出一种新型的半导体激光器轴对称温度场控制装置，它由环形热衬底和环形半导体制冷片构成，半导体激光器位于中心位置，这样温度场围绕激光器的圆形外壳对称，激光器前安放绝缘材料，保证激光器周围的温度场与外界环境隔离。这样控温范围宽，控温精度得到有效的保证。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种半导体激光器的轴对称温度场控制装置。本发明通过如下技术方案实现:
[0007]如图2所示，半导体激光器的轴对称温度场控制装置包括:前盖(I)、NTC热敏电阻(2)、环形纯铜热沉(3)、环形半导体制冷片(4)、半导体激光器(5)、散热底座(6)、在前盖
(I)腔体内装有中孔的泡沫塑料(7)。
[0008]如图2所示，半导体激光器(5)的圆形外缘涂导热硅脂，嵌入环形纯铜热沉(3)中孔里面，半导体激光器(5)的引线L3、L4和L5穿过散热底座￠)的中孔，连接D9插座引脚1，2，3。环形半导体制冷片(4)的一面与环形纯铜热沉(3)用导热硅脂粘接，另一面与散热底座(6)用导热硅脂粘接。环形半导体制冷片(4)的引线LI和L2穿过散热底座(6)的过孔，连接D9插座引脚4，5。NTC热敏电阻(2)用导热硅脂粘接在环形纯铜热沉(3)上的小孔内，用于测量环形纯铜热沉(3)上的温度。NTC热敏电阻(2)的引线L6和L7通过散热底座(6)的过孔，连接D9插座引脚6，7。前盖⑴腔体内装有中孔的泡沫塑料(7)，前盖被螺丝固定在散热底座(6)上。它压住环形纯铜热沉(3)和环形半导体制冷片(4)，使其轴向固定。泡沫塑料(7)上的中孔和前盖中孔大小与半导体激光器(5)出光孔径相当。
[0009]通过改变环形半导体制冷片(4)两端电流的方向，可以对环形纯铜热沉(3)进行加热或者制冷，改变环形半导体制冷片(4)两端电流大小来改变加热量和制冷量，从而改变环形纯铜热沉(3)上的温度。NTC热敏电阻(2)通过环形纯铜热沉(3)上的小孔嵌入环形纯铜热沉(3)的里面，NTC热敏电阻(2)测得的温度就是环形纯铜热沉(3)的温度，也是半导体激光器(5)的工作温度。
[0010]D9插座被直接接入半导体激光控制器中，根据NTC热敏电阻⑵测得温度值，激光控制器控制环形半导体制冷片(4)工作电流和方向，最后实现半导体激光工作温度的控制。
【附图说明】
[0011 ] 图1Thorlabs公司的TCLDM9的控温结构简图。
[0012]图2半导体激光器的轴对称温度场控制装置结构图。
[0013]图3半导体激光器的轴对称温度场控制装置照片。
[0014]图4半导体激光器的轴对称温度场控制装置的I小时温度稳定性。
[0015]图5半导体激光器的轴对称温度场控制装置的温度-时间曲线。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和干涉测量用半导体激光装夹器具和温度控制装置的具体实施例对本发明做进一步详细地说明。但是不限制于具体实施例的使用范围。
[0017]半导体激光器的轴对称温度场控制装置照片如图3所示。它的结构如图2所示，半导体激光器的轴对称温度场控制装置包括:前盖(I)、NTC热敏电阻(2)、环形纯铜热沉(3)、环形半导体制冷片(4)、半导体激光器(5)、散热底座￠)、在前盖(I)腔体内装有中孔的泡沫塑料(7)。
[0018]如图2所示，半导体激光器(5)的圆形外缘涂导热硅脂，嵌入环形纯铜热沉(3)中孔里面，半导体激光器(5)的引线L3、L4和L5穿过散热底座￠)的中孔，连接D9插座引脚1，2，3。环形半导体制冷片(4)的一面与环形纯铜热沉(3)用导热硅脂粘接，另一面与散热底座(6)用导热硅脂粘接。环形半导体制冷片(4)的引线LI和L2穿过散热底座(6)的过孔，连接D9插座引脚4，5。NTC热敏电阻(2)用导热硅脂粘接在环形纯铜热沉(3)上的小孔内，用于测量环形纯铜热沉(3)上的温度。NTC热敏电阻(2)的引线L6和L7通过散热底座(6)的过孔，连接D9插座引脚6，7。前盖⑴腔体内装有中孔的泡沫塑料(7)，前盖被螺丝固定在散热底座(6)上。它压住环形纯铜热沉(3)和环形半导体制冷片(4)，使其轴向固定。泡沫塑料(7)上的中孔和前盖中孔大小与半导体激光器(5)出光孔径相当。
[0019]通过改变环形半导体制冷片(4)两端电流的方向，可以对环形纯铜热沉(3)进行加热或者制冷，改变环形半导体制冷片(4)两端电流大小来改变加热量和制冷量，从而改变环形纯铜热沉(3)上的温度。NTC热敏电阻(2)通过环形纯铜热沉(3)上的小孔嵌入环形纯铜热沉(3)的里面，NTC热敏电阻(2)测得的温度就是环形纯铜热沉(3)的温度，也是半导体激光器(5)的工作温度。
[0020]环形半导体制冷片⑷、半导体激光器(5)和NTC热敏电阻(2)的引线分别连接9针串行通信接口的引脚1，2，3，4，5，6，7。
[0021]D9插座被直接接入半导体激光控制器中，根据NTC热敏电阻⑵测得温度值，激光控制器控制环形半导体制冷片(4)工作电流和方向，最后实现半导体激光工作温度的控制。这里使用的零部件为:
[0022]I)激光控制器为 IX LDC-3724C。
[0023]2)半导体激光器为HL7851G，波长是785nm，最大功率是50mW。
[0024]3)NTC 热敏电阻的 R25 = 1kQ , B = 3435K，精度 1%。
[0025]4)环形半导体制冷片为TES1-04930，电压为5.78V，标称电流值是3A。
[0026]图4是半导体激光器的轴对称温度场控制装置控温21.98°C时的I小时温度稳定性。图5是实验测得的温控电流250mA时半导体激光器轴对称温度场控制装置的温度-时间三次重复性测试曲线，证明温度-时间控制的重复性好。
[0027]本发明的优点在于:
[0028]I)半导体激光器嵌入环形纯铜热沉的中心，同时制冷和加热元件环绕四周，因此半导体激光器周边的温度场分布圆形对称，分布均勾，这样激光器输出波长的模态稳定性大幅度提高，激光器的温度控制精度和响应速度也提高。
[0029]2)半导体激光器和环形纯铜热沉前面腔体内装有泡沫塑料，可以很好的隔热，形成一个相对比较独立和稳定的温度场分布。外界环境温度对控温的干扰减小。激光器的温度控制精度和响应速度也提高。
【主权项】
1.一种半导体激光器的轴对称温度场控制装置，包括:前盖(I)、NTC热敏电阻(2)、环形纯铜热沉(3)、环形半导体制冷片(4)、半导体激光器(5)、散热底座(6)、在前盖(I)腔体内装有中孔的泡沫塑料(7)。2.根据权利要求1中所述的一种半导体激光器的轴对称温度场控制装置，其特征在于:半导体激光器(5)嵌入环形纯铜热沉(3)的中孔中。3.根据权利要求1中所述的一种半导体激光器的轴对称温度场控制装置，其特征在于:环形纯铜热沉(3)的一面粘贴环形半导体制冷片(4)。4.根据权利要求1中所述的一种半导体激光器的轴对称温度场控制装置，其特征在于:环形纯铜热沉(3)的另一面用有中孔的泡沫塑料(7)压紧。5.根据权利要求1中所述的一种半导体激光器的轴对称温度场控制装置，其特征在于:环形纯铜热沉(3)的小孔内嵌入测温的NTC热敏电阻(2)。
【文档编号】H01S5/024GK105896308SQ201410857545
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年12月30日
【发明人】周延周, 谢创亮, 吴智新, 刘运红
【申请人】广东工业大学