CN201430345Y - 垂直腔面发射激光器激光二极管的温度控制装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及垂直腔面发射激光器，具体是一种垂直腔面发射激光器激光二极管的温度控制装置。改进了现有应用于垂直腔面发射激光器的激光二极管温度控制装置，包括温控电路、用于嵌放激光二极管的冷却体、受温控电路控制的热电致冷器TEC，以及固定于热电致冷器TEC上、且其上均布散热鳍片的热沉，冷却体与激光二极管的接触面上开有凹槽，凹槽内放置有温度传感器；冷却体的外部形状为圆柱状，热电致冷器TEC、热沉皆为圆筒状，热电致冷器TEC套于冷却体外，热沉套于热电致冷器TEC外，冷却体与热电致冷器TEC之间、热电致冷器TEC与热沉之间通过环氧树脂衔接固定。改进简单、合理，能有效控制垂直腔面发射激光器激光二极管的温度，避免出现热控制失调状况。

Description

垂直腔面发射激光器激光二极管的温度控制装置
技术领域
本实用新型涉及垂直腔面发射激光器，具体是一种垂直腔面发射激光器激光二极管的温度控制装置。
背景技术
垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有：线宽窄、调制效率高、成本低、体积小等优点，因此，被广泛地应用于医疗设备、光通信、光电系统等领域。但是，垂直腔面发射激光器的激光二极管性能受温度影响非常大，垂直腔面发射激光器要获得性能稳定的激光就必须精确地控制激光二极管周围的温度。如附图1、2所示，现有垂直腔面发射激光器激光二极管的温度控制装置包括：温控电路、用于嵌放激光二极管的冷却体5、受温控电路控制的热电致冷器TEC3，冷却体5外部形状为长方体状，热电致冷器TEC3为板状，板状热电致冷器TEC3通过传热层6与冷却体5单一侧壁固定，且热电致冷器TEC3上设置有板状热沉2，板状热沉2上均布有散热鳍片1，冷却体5与激光二极管的接触面上开有凹槽4，凹槽4内放置有输出端与温控电路连接的用于监测激光二极管温度的温度传感器。
其中，热电致冷器是利用热电效应(即帕尔贴效应)的一种半导体电子致冷元件，它由N型半导体和P型半导体构成，其流入电流的方向决定了热电致冷器的内侧是热端还是冷端(即放热还是吸热)，外侧是冷端还是热端(即吸热还是放热)。
当垂直腔面发射激光器处于运作状态时，置于冷却体凹槽内的温度传感器将激光二极管的温度传递给温控电路，这时温控电路将激光二极管的温度与设定温度进行比较，根据比较结果决定加载到热电致冷器TEC上的电流方向和大小，如果激光二极管的温度较高则需要对激光二极管致冷，温控电路加载到热电致冷器TEC上的电流使热电致冷器TEC通过传热层与冷却体固定的端面为冷端，即处于致冷状态，中和激光二极管的高温，达到降低激光二极管温度的目的；如果激光二极管的温度较低则需要对激光二极管加热，温控电路加载到热电致冷器TEC上的电流使热电致冷器TEC通过传热层与冷却体固定的端面为热端，即处于加热状态，通过冷却体对激光二极管加热，使激光二极管的温度得到提高。
而热沉的设置目的，既是在热电致冷器TEC处于致冷状态时，将热电致冷器TEC热端的热量快速抽取，并通过散热鳍片散发掉。但是现有垂直腔面发射激光器激光二极管温度控制装置的板状热电致冷器TEC通过传热层与冷却体的有效接触面积非常有限，不能迅速地通过冷却体对激光二极管进行致冷，且板状热电致冷器TEC的大小亦限制了其上板状热沉的设置面积，制约了热沉上散热鳍片数量的增加，热沉对热电致冷器热量的抽取及散热性能必然受到影响，即热沉设置面积相对较小、散热鳍片的设置数量较少，无法迅速地将从热电致冷器TEC抽取热量散发掉，会导致热电致冷器TEC冷端温度上升，即使温控电路增加其输出电流，以便进行补偿，增加的电流将大量的热量抽取到热沉内，但由于热沉仍无法迅速散发掉这些热量，再加上热电致冷器本身所产生的能量，反而进一步提高了热电致冷器的冷端温度，这种恶性循环将一直延续到温控电路的极限电流为止，而最终导致温度控制装置对垂直腔面发射激光器的激光二极管的热控制失调。
发明内容
本实用新型为了改进现有应用于垂直腔面发射激光器的激光二极管温度控制装置，避免出现热控制失调状况，提供了一种垂直腔面发射激光器激光二极管的温度控制装置。
本实用新型是采用如下技术方案实现的：垂直腔面发射激光器激光二极管的温度控制装置，包括温控电路、用于嵌放激光二极管的冷却体、受温控电路控制的热电致冷器TEC，以及固定于热电致冷器TEC上、且其上均布散热鳍片的热沉，冷却体与激光二极管的接触面上开有凹槽，凹槽内放置有输出端与温控电路连接的用于监测激光二极管温度的温度传感器；冷却体的外部形状为圆柱状，热电致冷器TEC、热沉皆为圆筒状，热电致冷器TEC套于冷却体外，热沉套于热电致冷器TEC外，冷却体与热电致冷器TEC之间、热电致冷器TEC与热沉之间通过环氧树脂衔接固定。
本实用新型所述温度控制装置的工作过程同现有技术一致，但与现有技术相比，由于本实用新型采用外部形状为圆柱状的冷却体、以及圆筒状热电致冷器TEC和热沉的配合结构，有效提高了热电致冷器TEC与冷却体的接触面积，便于迅速地通过冷却体对激光二极管进行致冷；同时，相应地提高了热沉的设置面积，使得热沉可以迅速地将从热电致冷器TEC抽取热量散发掉，提高了热沉的散热效率，能够有效地避免出现热控制失调状况，从根本上提高本实用新型所述温度控制装置的温度稳定性和控制范围，有效控制垂直腔面发射激光器激光二极管的温度。
本实用新型改进简单、合理，能有效控制垂直腔面发射激光器激光二极管的温度，避免出现热控制失调状况。
附图说明
图1为现有垂直腔面发射激光器激光二极管的温度控制装置的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为本实用新型所述垂直腔面发射激光器激光二极管的温度控制装置的结构示意图；
图4为图3的B-B剖视图；
图中：1-散热鳍片；2-热沉；3-热电致冷器TEC；4-凹槽；5-冷却体；6-传热层。
具体实施方式
如图3、4所示，垂直腔面发射激光器激光二极管的温度控制装置，包括温控电路、用于嵌放激光二极管的冷却体5、受温控电路控制的热电致冷器TEC3，以及固定于热电致冷器TEC3上、且其上均布散热鳍片1的热沉2，冷却体5与激光二极管的接触面上开有凹槽4，凹槽4内放置有输出端与温控电路连接的用于监测激光二极管温度的温度传感器；冷却体5的外部形状为圆柱状，热电致冷器TEC3、热沉2皆为圆筒状，热电致冷器TEC3套于冷却体5外，热沉2套于热电致冷器TEC3外，冷却体5与热电致冷器TEC3之间、热电致冷器TEC3与热沉2之间通过环氧树脂衔接固定。附图中未对温控电路和温度传感器予以体现。
具体实施时，为了提高本实用新型所述温度控制装置的温度稳定性和控制范围，热沉、冷却体、散热鳍片都采用高热传导系数的金属铜制成；冷却体5与热电致冷器TEC3之间、热电致冷器TEC3与热沉2之间的环氧树脂不仅起到衔接固定的作用，而且可以加强热的传导。

Claims (1)

1、一种垂直腔面发射激光器激光二极管的温度控制装置，包括温控电路、用于嵌放激光二极管的冷却体(5)、受温控电路控制的热电致冷器TEC(3)，以及固定于热电致冷器TEC(3)上、且其上均布散热鳍片(1)的热沉(2)，冷却体(5)与激光二极管的接触面上开有凹槽(4)，凹槽(4)内放置有输出端与温控电路连接的用于监测激光二极管温度的温度传感器；其特征在于：冷却体(5)的外部形状为圆柱状，热电致冷器TEC(3)、热沉(2)皆为圆筒状，热电致冷器TEC(3)套于冷却体(5)外，热沉(2)套于热电致冷器TEC(3)外，冷却体(5)与热电致冷器TEC(3)之间、热电致冷器TEC(3)与热沉(2)之间通过环氧树脂衔接固定。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016074300A1 (zh) * 2014-11-10 2016-05-19 李德龙 具有皮肤冷却功能的高功率vcsel激光治疗装置及其封装结构
CN110867725A (zh) * 2019-11-29 2020-03-06 上海航天控制技术研究所 一种可主动控温的vcsel激光器to封装结构

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