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IM电竞:半导体激光器自动温度控制电路设计

编辑:IM电竞-官方网站时间:2022-08-21 08:13点击量:111

  温度控制电路进行了模型建立和分析本文对用于通信设备的半导体激光器,式进行了详细的性能指标分析和测试并从自动控制的角度对温控电路形,据的对比得出了一种较为有效的温度控制电路通过对不同的控制方法的仿真分析和实测数,温控系统的要求可以满足一般。

  通信领域在光纤,激光器作为光源通常使用半导体,长与管芯的温度密切相关而半导体激光器的发射波,(一般为0.1nm℃)温度升高将导致波长变长,长光通信系统来说对于一般的单波,性能并无太大影响波长的漂移对系统。用系统(DWDM)但对于密集波分复,长间隔已经很小由于通道间的波,就变得非常重要保持波长的稳定。如例,的32波系统工作在C波段,GHz(约0.8nm)通路波长间隔为100,段的160波系统而工作在C+L波,Hz(约0.4nm)通路波长间隔为50G。此因,芯的温度加以控制如果不对激光器管,致整个系统的不可用微小的温度变化将导。外另,对温度敏感的器件半导体激光器是,光功率的稳定性都对温度非常敏感其阈值电流、输出波长以及输出,工作温度密切相关其工作寿命也与其。

  表明实验,的寿命会降低一个数量级温度每升高30℃激光器。要求高的场合对于可靠性,需要对管芯温度加以控制且保证激光器的寿命就,路(ATC)来实现对激光器管芯的温度控制这样在系统中就需要附加一个自动温度控制电。

  温度控制系统原理框图如图1是一个典型的,设定温度值进行比较得出误差信号传感器将测量到的实际温度值与,动执行器对温度进行调节误差信号送入控制器并驱,馈的作用由于反,始终稳定在设定值上使得整个系统的温度。

  信系统中在光通,需要进行温度控制一般有两类光源。光源用的激光器一类是作为通信,浦激光器一类是泵,类光器件中而在这两,路的热敏电阻和热电致冷器(TEC通常都集成了用于构成温度控制电:

  么那,温度检测信号的放大外围电路就需要完成,控制器电路后经过适当的,EC致冷器完成温控过程通过功率放大器去驱动T。此因,要的环节有温控电路主:

  、背光管、热敏电阻等组件安装在一个子热沉上一般带致冷激光器的常见结构是首先将激光器,TEC制冷器上然后再固定到,正常工作时当温控电路,将恒定在某一设定温度值位于TEC上的子热沉。电流时能够分别实现致冷或致热当给TEC致冷器通不同极性的,IM电竞还是致热状态无论处于致冷,不会突变温度都,慢变化的过程而是一个缓。的电流下而在一定,的热交换达到了平衡状态当时间足够长时由于外界,与壳体间的恒定温差ΔT)温度将维持在某一个值(即。似于一阶惯性环节为了确定Ktec和Ttec因此可以推测TEC致冷器在传递函数模型上类,TEC致冷器输入以某恒定电流作为,检测温度的变化并通过热敏电阻,通过计算机绘制得到相应的曲线将采集到的温度与时间的关系。

  的FLD5F6CXF为例以激光器FUJITSU,ec可取6秒经过测量Tt,可取90Ktec,得的温差约为90℃即1安培电流能获。传感器之间存在一定的距离由于TEC致冷器和温度,离带来的温度延迟时间所以还需考虑这种距,延迟时间t大约为100毫秒左右被测的FUJITSU激光器的热,迟的存在由于延,增加了一个延迟环节相当于在控制回路中。

  器管芯的温度为了检测激光,度系数的热敏电阻(NTC)来作为温度传感器激光器中通常在TEC致冷器上集成了一个负温,度间的关系为其电阻值与温:

  敏元件的材料常数(其中:β为热;为开氏温度T、T0;T0下的热敏电阻阻值RT、R0对应于T、。常数以及25℃时热敏电阻的阻值)根据器件硬件手册上给出的β,意温度下热敏电阻的阻值由式1便可以计算出任。灵敏度比较高热敏电阻的,也很严重非线性。最终都是稳定在某个温度点上但由于激光器温度控制电路,度范围内而在此温,阻的温度系数αT若定义为热敏电,1可得则由式:

  8K即25℃时)当(T0 =29,50K时β=34,度25℃(298K)下在激光器一般的工作温,.885%%℃αT = 3。化ΔT时当温度变,的变化为电阻值:

  桥平衡时电,出为零电桥输。般一,桥灵敏度高为了使电,各个电阻值相等常取电桥上的, R4 =1.当R1为热敏电阻时即R1 / R2 = R3 /,热敏电阻阻值的变化温度的变化将引起,ΔR1设为,将失去平衡此时电桥。

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