垂直腔面發射雷射器雷射二極體的溫度控制裝置的製作方法
2023-05-08 10:57:51 4
專利名稱：垂直腔面發射雷射器雷射二極體的溫度控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及垂直腔面發射雷射器，具體是一種垂直腔面發射雷射器激 光二極體的溫度控制裝置。
背景技術：
垂直腔面發射雷射器(VCSEL)具有線寬窄、調製效率高、成本低、體 積小等優點，因此，被廣泛地應用於醫療設備、光通信、光電系統等領域。但 是，垂直腔面發射雷射器的雷射二極體性能受溫度影響非常大，垂直腔面發射 雷射器要獲得性能穩定的雷射就必須精確地控制雷射二極體周圍的溫度。如附 圖1、 2所示，現有垂直腔面發射雷射器雷射二極體的溫度控制裝置包括溫 控電路、用於嵌放雷射二極體的冷卻體5 、受溫控電路控制的熱電致冷器TEC3 ， 冷卻體5外部形狀為長方體狀，熱電致冷器TEC3為板狀，板狀熱電致冷器 TEC3通過傳熱層6與冷卻體5單一側壁固定，且熱電致冷器TEC3上設置有 板狀熱沉2,板狀熱沉2上均布有散熱鰭片1，冷卻體5與雷射二極體的接觸 面上開有凹槽4，凹槽4內放置有輸出端與溫控電路連接的用於監測雷射二極 管溫度的溫度傳感器。
其中，熱電致冷器是利用熱電效應(即帕爾貼效應)的一種半導體電子致 冷元件，它由N型半導體和P型半導體構成，其流入電流的方向決定了熱電 致冷器的內側是熱端還是冷端(即放熱還是吸熱)，外側是冷端還是熱端(即 吸熱還是放熱)。
當垂直腔面發射雷射器處於運作狀態時，置於冷卻體凹槽內的溫度傳感器 將雷射二極體的溫度傳遞給溫控電路，這時溫控電路將雷射二極體的溫度與設定溫度進行比較，根據比較結果決定加載到熱電致冷器TEC上的電流方向和 大小，如果雷射二極體的溫度較高則需要對雷射二極體致冷，溫控電路加載到 熱電致冷器TEC上的電流使熱電致冷器TEC通過傳熱層與冷卻體固定的端面 為冷端，即處於致冷狀態，中和雷射二極體的高溫，達到降低雷射二極體溫度 的目的；如果雷射二極體的溫度較低則需要對雷射二極體加熱，溫控電路加載 到熱電致冷器TEC上的電流使熱電致冷器TEC通過傳熱層與冷卻體固定的端 面為熱端，即處於加熱狀態，通過冷卻體對雷射二極體加熱，使雷射二極體的 溫度得到提高。而熱沉的設置目的，既是在熱電致冷器TEC處於致冷狀態時，將熱電致 冷器TEC熱端的熱量快速抽取，並通過散熱鰭片散發掉。但是現有垂直腔面 發射雷射器雷射二極體溫度控制裝置的板狀熱電致冷器TEC通過傳熱層與冷 卻體的有效接觸面積非常有限，不能迅速地通過冷卻體對雷射二極體進行致 冷，且板狀熱電致冷器TEC的大小亦限制了其上板狀熱沉的設置面積，制約 了熱沉上散熱鰭片數量的增加，熱沉對熱電致冷器熱量的抽取及散熱性能必然 受到影響，即熱沉設置面積相對較小、散熱鰭片的設置數量較少，無法迅速地 將從熱電致冷器TEC抽取熱量散發掉，會導致熱電致冷器TEC冷端溫度上升， 即使溫控電路增加其輸出電流，以便進行補償，增加的電流將大量的熱量抽取 到熱沉內，但由於熱沉仍無法迅速散發掉這些熱量，再加上熱電致冷器本身所 產生的能量，反而進一步提高了熱電致冷器的冷端溫度，這種惡性循環將一直 延續到溫控電路的極限電流為止，而最終導致溫度控制裝置對垂直腔面發射、激 光器的雷射二極體的熱控制失調。發明內容本實用新型為了改進現有應用於垂直腔面發射雷射器的雷射二極體溫度 控制裝置，避免出現熱控制失調狀況，提供了一種垂直腔面發射雷射器雷射二 極管的溫度控制裝置。本實用新型是採用如下技術方案實現的垂直腔面發射雷射器雷射二極體 的溫度控制裝置，包括溫控電路、用於嵌放雷射二極體的冷卻體、受溫控電路控制的熱電致冷器TEC，以及固定於熱電致冷器TEC上、且其上均布散熱鰭 片的熱沉，冷卻體與雷射二極體的接觸面上開有凹槽，凹槽內放置有輸出端與 溫控電路連接的用於監測雷射二極體溫度的溫度傳感器；冷卻體的外部形狀為 圓柱狀，熱電致冷器TEC、熱沉皆為圓筒狀，熱電致冷器TEC套於冷卻體外， 熱沉套於熱電致冷器TEC外，冷卻體與熱電致冷器TEC之間、熱電致冷器TEC 與熱沉之間通過環氧樹脂銜接固定。本實用新型所述溫度控制裝置的工作過程同現有技術一致，但與現有技術 相比，由於本實用新型採用外部形狀為圓柱狀的冷卻體、以及圓筒狀熱電致冷 器TEC和熱沉的配合結構，有效提高了熱電致冷器TEC與冷卻體的接觸面積， 便於迅速地通過冷卻體對雷射二極體進行致冷；同時，相應地提高了熱沉的設 置面積，使得熱沉可以迅速地將從熱電致冷器TEC抽取熱量散發掉，提高了 熱沉的散熱效率，能夠有效地避免出現熱控制失調狀況，從根本上提高本實用 新型所述溫度控制裝置的溫度穩定性和控制範圍，有效控制垂直腔面發射雷射 器雷射二極體的溫度。本實用新型改進簡單、合理，能有效控制垂直腔面發射雷射器雷射二極體 的溫度，避免出現熱控制失調狀況。
圖1為現有垂直腔面發射雷射器雷射二極體的溫度控制裝置的結構示意圖；圖2為圖1的A-A剖視圖；圖3為本實用新型所述垂直腔面發射雷射器雷射二極體的溫度控制裝置的 結構示意圖；圖4為圖3的B-B剖視圖；圖中l-散熱鰭片；2-熱沉；3-熱電致冷器TEC; 4-凹槽；5-冷卻體；6-傳熱層。
具體實施方式
如圖3、 4所示，垂直腔面發射雷射器雷射二極體的溫度控制裝置，包括 溫控電路、用於嵌放雷射二極體的冷卻體5、受溫控電路控制的熱電致冷器 TEC3，以及固定於熱電致冷器TEC3上、且其上均布散熱鰭片1的熱沉2，冷 卻體5與雷射二極體的接觸面上開有凹槽4，凹槽4內放置有輸出端與溫控電 路連接的用於監測雷射二極體溫度的溫度傳感器；冷卻體5的外部形狀為圓柱 狀，熱電致冷器TEC3、熱沉2皆為圓筒狀，熱電致冷器TEC3套於冷卻體5 外，熱沉2套於熱電致冷器TEC3外，冷卻體5與熱電致冷器TEC3之間、熱 電致冷器TEC3與熱沉2之間通過環氧樹脂銜接固定。附圖中未對溫控電路和 溫度傳感器予以體現。具體實施時，為了提高本實用新型所述溫度控制裝置的溫度穩定性和控制 範圍，熱沉、冷卻體、散熱鰭片都採用高熱傳導係數的金屬銅製成；冷卻體5 與熱電致冷器TEC3之間、熱電致冷器TEC3與熱沉2之間的環氧樹脂不僅起 到銜接固定的作用，而且可以加強熱的傳導。
權利要求1、一種垂直腔面發射雷射器雷射二極體的溫度控制裝置，包括溫控電路、用於嵌放雷射二極體的冷卻體(5)、受溫控電路控制的熱電致冷器TEC(3)，以及固定於熱電致冷器TEC(3)上、且其上均布散熱鰭片(1)的熱沉(2)，冷卻體(5)與雷射二極體的接觸面上開有凹槽(4)，凹槽(4)內放置有輸出端與溫控電路連接的用於監測雷射二極體溫度的溫度傳感器；其特徵在於冷卻體(5)的外部形狀為圓柱狀，熱電致冷器TEC(3)、熱沉(2)皆為圓筒狀，熱電致冷器TEC(3)套於冷卻體(5)外，熱沉(2)套於熱電致冷器TEC(3)外，冷卻體(5)與熱電致冷器TEC(3)之間、熱電致冷器TEC(3)與熱沉(2)之間通過環氧樹脂銜接固定。
專利摘要本實用新型涉及垂直腔面發射雷射器，具體是一種垂直腔面發射雷射器雷射二極體的溫度控制裝置。改進了現有應用於垂直腔面發射雷射器的雷射二極體溫度控制裝置，包括溫控電路、用於嵌放雷射二極體的冷卻體、受溫控電路控制的熱電致冷器TEC，以及固定於熱電致冷器TEC上、且其上均布散熱鰭片的熱沉，冷卻體與雷射二極體的接觸面上開有凹槽，凹槽內放置有溫度傳感器；冷卻體的外部形狀為圓柱狀，熱電致冷器TEC、熱沉皆為圓筒狀，熱電致冷器TEC套於冷卻體外，熱沉套於熱電致冷器TEC外，冷卻體與熱電致冷器TEC之間、熱電致冷器TEC與熱沉之間通過環氧樹脂銜接固定。改進簡單、合理，能有效控制垂直腔面發射雷射器雷射二極體的溫度，避免出現熱控制失調狀況。
文檔編號G05D23/20GK201430345SQ20092010356
公開日2010年3月24日 申請日期2009年7月4日 優先權日2009年7月4日
發明者任小紅, 麗 秦, 軍 趙 申請人:中北大學