專利名稱：垂直腔面發(fā)射激光器激光二極管的溫度控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及垂直腔面發(fā)射激光器，具體是一種垂直腔面發(fā)射激光器激 光二極管的溫度控制裝置。
背景技術(shù)：
垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)具有線寬窄、調(diào)制效率高、成本低、體 積小等優(yōu)點(diǎn)，因此，被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備、光通信、光電系統(tǒng)等領(lǐng)域。但 是，垂直腔面發(fā)射激光器的激光二極管性能受溫度影響非常大，垂直腔面發(fā)射 激光器要獲得性能穩(wěn)定的激光就必須精確地控制激光二極管周圍的溫度。如附 圖1、 2所示，現(xiàn)有垂直腔面發(fā)射激光器激光二極管的溫度控制裝置包括溫 控電路、用于嵌放激光二極管的冷卻體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(cè)壁固定，且熱電致冷器TEC3上設(shè)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與激光二極管的接觸 面上開有凹槽4，凹槽4內(nèi)放置有輸出端與溫控電路連接的用于監(jiān)測激光二極 管溫度的溫度傳感器。
其中，熱電致冷器是利用熱電效應(yīng)(即帕爾貼效應(yīng))的一種半導(dǎo)體電子致 冷元件，它由N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體構(gòu)成，其流入電流的方向決定了熱電 致冷器的內(nèi)側(cè)是熱端還是冷端(即放熱還是吸熱)，外側(cè)是冷端還是熱端(即 吸熱還是放熱)。
當(dāng)垂直腔面發(fā)射激光器處于運(yùn)作狀態(tài)時(shí)，置于冷卻體凹槽內(nèi)的溫度傳感器 將激光二極管的溫度傳遞給溫控電路，這時(shí)溫控電路將激光二極管的溫度與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果決定加載到熱電致冷器TEC上的電流方向和 大小，如果激光二極管的溫度較高則需要對激光二極管致冷，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，即處于致冷狀態(tài)，中和激光二極管的高溫，達(dá)到降低激光二極管溫度 的目的；如果激光二極管的溫度較低則需要對激光二極管加熱，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，即處于加熱狀態(tài)，通過冷卻體對激光二極管加熱，使激光二極管的 溫度得到提高。而熱沉的設(shè)置目的，既是在熱電致冷器TEC處于致冷狀態(tài)時(shí)，將熱電致 冷器TEC熱端的熱量快速抽取，并通過散熱鰭片散發(fā)掉。但是現(xiàn)有垂直腔面 發(fā)射激光器激光二極管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激光二極管進(jìn)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(shè)置面積，制約 了熱沉上散熱鰭片數(shù)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(shè)置面積相對較小、散熱鰭片的設(shè)置數(shù)量較少，無法迅速地 將從熱電致冷器TEC抽取熱量散發(fā)掉，會導(dǎo)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(jìn)行補(bǔ)償，增加的電流將大量的熱量抽取 到熱沉內(nèi)，但由于熱沉仍無法迅速散發(fā)掉這些熱量，再加上熱電致冷器本身所 產(chǎn)生的能量，反而進(jìn)一步提高了熱電致冷器的冷端溫度，這種惡性循環(huán)將一直 延續(xù)到溫控電路的極限電流為止，而最終導(dǎo)致溫度控制裝置對垂直腔面發(fā)射、激 光器的激光二極管的熱控制失調(diào)。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型為了改進(jìn)現(xiàn)有應(yīng)用于垂直腔面發(fā)射激光器的激光二極管溫度 控制裝置，避免出現(xiàn)熱控制失調(diào)狀況，提供了一種垂直腔面發(fā)射激光器激光二 極管的溫度控制裝置。本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的垂直腔面發(fā)射激光器激光二極管 的溫度控制裝置，包括溫控電路、用于嵌放激光二極管的冷卻體、受溫控電路控制的熱電致冷器TEC，以及固定于熱電致冷器TEC上、且其上均布散熱鰭 片的熱沉，冷卻體與激光二極管的接觸面上開有凹槽，凹槽內(nèi)放置有輸出端與 溫控電路連接的用于監(jiān)測激光二極管溫度的溫度傳感器；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套于冷卻體外， 熱沉套于熱電致冷器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(huán)氧樹脂銜接固定。本實(shí)用新型所述溫度控制裝置的工作過程同現(xiàn)有技術(shù)一致，但與現(xiàn)有技術(shù) 相比，由于本實(shí)用新型采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(jié)構(gòu)，有效提高了熱電致冷器TEC與冷卻體的接觸面積， 便于迅速地通過冷卻體對激光二極管進(jìn)行致冷；同時(shí)，相應(yīng)地提高了熱沉的設(shè) 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(fā)掉，提高了 熱沉的散熱效率，能夠有效地避免出現(xiàn)熱控制失調(diào)狀況，從根本上提高本實(shí)用 新型所述溫度控制裝置的溫度穩(wěn)定性和控制范圍，有效控制垂直腔面發(fā)射激光 器激光二極管的溫度。本實(shí)用新型改進(jìn)簡單、合理，能有效控制垂直腔面發(fā)射激光器激光二極管 的溫度，避免出現(xiàn)熱控制失調(diào)狀況。


圖1為現(xiàn)有垂直腔面發(fā)射激光器激光二極管的溫度控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A-A剖視圖；圖3為本實(shí)用新型所述垂直腔面發(fā)射激光器激光二極管的溫度控制裝置的 結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3的B-B剖視圖；圖中l(wèi)-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(shí)施方式
如圖3、 4所示，垂直腔面發(fā)射激光器激光二極管的溫度控制裝置，包括 溫控電路、用于嵌放激光二極管的冷卻體5、受溫控電路控制的熱電致冷器 TEC3，以及固定于熱電致冷器TEC3上、且其上均布散熱鰭片1的熱沉2，冷 卻體5與激光二極管的接觸面上開有凹槽4，凹槽4內(nèi)放置有輸出端與溫控電 路連接的用于監(jiān)測激光二極管溫度的溫度傳感器；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套于冷卻體5 外，熱沉2套于熱電致冷器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(huán)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(xiàn)。具體實(shí)施時(shí)，為了提高本實(shí)用新型所述溫度控制裝置的溫度穩(wěn)定性和控制 范圍，熱沉、冷卻體、散熱鰭片都采用高熱傳導(dǎo)系數(shù)的金屬銅制成；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(huán)氧樹脂不僅起 到銜接固定的作用，而且可以加強(qiáng)熱的傳導(dǎo)。
權(quán)利要求1、一種垂直腔面發(fā)射激光器激光二極管的溫度控制裝置，包括溫控電路、用于嵌放激光二極管的冷卻體(5)、受溫控電路控制的熱電致冷器TEC(3)，以及固定于熱電致冷器TEC(3)上、且其上均布散熱鰭片(1)的熱沉(2)，冷卻體(5)與激光二極管的接觸面上開有凹槽(4)，凹槽(4)內(nèi)放置有輸出端與溫控電路連接的用于監(jiān)測激光二極管溫度的溫度傳感器；其特征在于冷卻體(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)套于冷卻體(5)外，熱沉(2)套于熱電致冷器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(huán)氧樹脂銜接固定。
專利摘要本實(shí)用新型涉及垂直腔面發(fā)射激光器，具體是一種垂直腔面發(fā)射激光器激光二極管的溫度控制裝置。改進(jìn)了現(xiàn)有應(yīng)用于垂直腔面發(fā)射激光器的激光二極管溫度控制裝置，包括溫控電路、用于嵌放激光二極管的冷卻體、受溫控電路控制的熱電致冷器TEC，以及固定于熱電致冷器TEC上、且其上均布散熱鰭片的熱沉，冷卻體與激光二極管的接觸面上開有凹槽，凹槽內(nèi)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套于冷卻體外，熱沉套于熱電致冷器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(huán)氧樹脂銜接固定。改進(jìn)簡單、合理，能有效控制垂直腔面發(fā)射激光器激光二極管的溫度，避免出現(xiàn)熱控制失調(diào)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(yōu)先權(quán)日2009年7月4日
發(fā)明者任小紅, 麗 秦, 軍 趙 申請人:中北大學(xué)