CN101867151B - 一种无致冷半导体激光器波长随温度漂移的自动补偿电路 - Google Patents

一种无致冷半导体激光器波长随温度漂移的自动补偿电路 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种无致冷(Uncooled)半导体激光器波长随温度漂移的自动补偿电路，本电路包括无致冷半导体激光器和热敏电阻，热敏电阻与无致冷半导体激光器的调谐段相连接，再通过恒压源或恒流源驱动该电路。本发明采用一种简单有效的方法自动补偿用于光通信的Uncooled半导体激光器波长随温度漂移，与其他针对该问题的技术相比，本发明不需要外加控制电路系统来调节波长，也不需要测定激光器的温度，大大降低了Uncooled光发射机模块的复杂性和成本，满足了CWDM实现更经济和更实用光网络的要求，同时增加了CWDM网络的可用的信道数和总传输速率。

Description

一种无致冷半导体激光器波长随温度漂移的自动补偿电路
技术领域
本发明涉及一种新的基于热敏电阻的自动补偿用于光通信的无致冷(Uncooled)半导体激光器波长随温度漂移的电路，本发明能自动补偿激光器波长的温度漂移，且非常简单实用，不需要外加控制电路来调节波长，也不需要测定激光器的温度，可大大降低光发射机的体积和成本。
背景技术
稀疏波分复用(CWDM，Coarse Wavelength Division Multiplexing)是一种更经济和更实用的光通信网络的解决方案，近年来受到很大的关注，CWDM技术的主要优势之一是它采用Uncooled半导体激光器作光发射机，Uncooled半导体激光器由于不需要热电致冷器(TEC)致冷，因此其体积可以较小，功耗和系统的复杂性也大大降低。但是，半导体激光器的波长是随温度变化的，其值约为0.1nm/℃，如果要求Uncooled激光器在-20℃～60℃的温度范围内输出波长都有效的话，由于单信道波长的变化范围可达近8nm，CWDM的信道间隔就要在20nm以上，可用的信道数就很少，总传输速率就不高。因此需要一种简单有效的解决波长随温度漂移的补偿方法，以解决信道间隔过大和总可用信道数很少的问题。近年来，已有国外的研究机构研究了这一问题，其所采用的方法可以保证Uncooled激光器在20℃～70℃范围内波长基本不变[“Uncooled DBR Laser Directly Modulated at 3.125Gb/s as AthermalTransmitter for Low-Cost WDM Systems”，IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS，VOL.17，NO.10，OCTOBER 2005]，但这种方法需要外加相应的控制电路系统来实现波长控制，而且需要测量温度，仍然较复杂，制作成本也相对较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种无致冷半导体激光器波长随温度漂移的自动补偿电路，本发明利用热敏电阻的温度特性自动补偿激光器波长的随温度漂移，使激光器波长在20℃～70℃温度范围内变化都很小，不需要外加控制电路系统来调节波长，也不需要测定激光器的温度。该方法同样也可以用于含有TEC的激光器模块。
本发明所采用的技术方案是：本电路包括无致冷半导体激光器和热敏电阻，用热敏电阻与无致冷半导体激光器的调谐段相连接，再通过恒压源或恒流源驱动该电路。
本发明采用一种简单有效的方法自动补偿Uncooled半导体激光器波长随温度漂移，与其他针对该问题的技术相比，本发明不需要外加控制电路系统来调节波长，也不需要测定激光器的温度，大大降低了Uncooled光发射机模块的复杂性和成本，满足了CWDM实现更经济和更实用光网络的要求，同时增加了CWDM网络的可用的信道数和总传输速率。
附图说明
图1是采用恒压源的实施例的电路原理图。
图2是采用恒流源的实施例的电路原理图。
图中，L：激光器；R：热敏电阻；U：恒压源；I：恒流源。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
如图1、图2所示，无致冷半导体激光器波长随温度漂移的自动补偿电路包括无致冷半导体激光器L和热敏电阻R，热敏电阻R与无致冷激光器L的调谐段相连接，再通过恒压源U或恒流源I驱动该电路。
在优选的实施方式中，若通过恒压源U驱动电路，则热敏电阻R采用负温度系数。
在优选的实施方式中，若通过恒流源I驱动电路，则热敏电阻R采用正温度系数。
在优选的实施方式中，若通过恒压源U驱动电路，则无致冷激光器L和热敏电阻R串联。
在优选的实施方式中，若通过恒流源I驱动电路，则无致冷激光器L和热敏电阻R并联。
本发明是把热敏电阻与激光器调谐段串联或并联起来构成简单电路，采用恒压或恒流源驱动该电路，利用热敏电阻的温度特性自动补偿激光器波长的随温度漂移。这里就以恒压源驱动热敏电阻与激光器调谐段串联构成的电路为例来明它的工作原理。这时所用的热敏电阻为半导体材料做成的负温度系数热敏电阻，当环境温度升高时，单纯考虑热效应对激光器的影响时，激射波长会变大，不过这时由于热敏电阻的阻值会有比较明显的下降，串联电路的电流增大，即通过激光器调谐段的电流增大，电流增大又会把波长向短波长方向调谐，抵消了温度变化对波长的影响。同样的道理，当温度下降时，该串联电路仍然抵消了温度变化对波长的影响。通过计算和实验可以确定保证激光器波长不随温度变化的热敏电阻最佳的性能参数和恒压源电压，然后根据实验的结果选择相应参数的热敏感电阻，与激光器调谐段构成串联电路，即可以使激光器在实用中输出波长在20℃～70℃温度范围内变化都很小，满足WDM(波分复用)系统对信道波长稳定性要求，增加了可用信道数。
实施例：
下面就举一个具体的恒压源驱动串联电路实例：
热敏电阻器的阻值R与温度的关系可以表示为：
R＝R0gexp(Bg(1/(T+273)-1/293))+RC
上式中，T是摄氏温度，R0是温度为20℃时的热敏电阻阻值。B是负温度系数(NTC)热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数，B值范围一股在2000K～6000K之间。RC表示根据实际需要可串接的一个定值电阻。通过实验和计算可以确定R0、B和RC，以满足温度补偿的要求。
首先要确定不同温度下能够补偿波长温度漂移对应的R值，相关数据如下表：
Figure BDA0000023119220000021
有了不同温度下的R值，就可以拟和函数R，并得到R表达式中各参数R0、B、RC的最佳值，然后去选择相应参数的热敏电阻器，本例中：
R0＝17.67Ω
B＝5119K
RC＝1.583Ω
也可以采用图2中的正温度系数热敏电阻与激光器调谐段构成并联电路，然后用恒流源驱动该电路，最终达到的效果是一样的。
本发明同样也可以用于含有TEC的激光器模块。

Claims (2)

1.一种无制冷半导体激光器波长随温度漂移的自动补偿电路，其特征在于本电路包括无制冷半导体激光器和热敏电阻，热敏电阻与无制冷半导体激光器的调谐段串联连接，再通过恒压源驱动该电路；所述的热敏电阻是负温度系数热敏电阻。
2.一种无制冷半导体激光器波长随温度漂移的自动补偿电路，其特征在于本电路包括无制冷半导体激光器和热敏电阻，热敏电阻与无制冷半导体激光器的调谐段并联连接，再通过恒流源驱动该电路；所述的热敏电阻是正温度系数热敏电阻。
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