CN204927805U - 一种超辐射发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种超辐射发光二极管，包括壳体、壳体顶部的壳体盖和壳体内的半导体制冷器、热沉、透镜光纤、超辐射发光管芯、热敏电阻和探测器，所述热沉为置于所述半导体制冷器上的密封腔体，所述透镜光纤、所述超辐射发光管芯、所述热敏电阻和所述探测器均置于所述密封腔体内。本实用新型提供的超辐射发光二极管可降低热敏电阻和超辐射发光管芯受外界环境的影响，从而提高超辐射发光二极管的输出光谱稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发光二极管，具体讲涉及一种具有更高的波长稳定性和温度稳定性的超辐射发光二极管。
背景技术
超辐射发光二极管(SuperLuminescentDiode,SLD)是一种自发辐射的单程光放大器件，管壳内组件包括超辐射发光管芯、热沉基底、半导体制冷器、热敏电阻、探测器及透镜光纤等。管芯发出的宽带光与光纤透镜耦合后进入传导光纤，实现光输出。
超辐射发光二极管的光源是干涉型光纤传感中常用的光源，其波长的稳定性直接影响着传感物理量的测量精度。通常来说，超辐射发光二极管作为一种半导体发光器件，输出光谱随管芯温度变化发生漂移，比如当温度升高时，其输出光谱会向长波长漂移，当温度降低时，则相反。
热敏电阻阻值与超辐射发光管管芯温度具有一定的对应关系，热敏电阻阻值的变化反应了发光管管芯温度的变化，通过调节半导体制冷器的工作电流可以改变超辐射发光管的工作温度，通过外电路实现对半导体制冷器工作电流的控制。
对超辐射发光二极管来说，代表宽带光谱重心的平均波长随管芯温度的变化率一般为400ppm/℃,在增加监测管芯温度的热敏电阻情况下，可通过硅制冷器将热敏电阻的温度精度控制在0.1℃之内。如果热敏电阻上的温度能够充分精确的反应管芯的温度，那么通过控制热敏电阻的温度，整个发光器件的平均波长变化应该在40ppm之内。然而，即使在控温条件下，实际上超辐射发光二极管的平均波长变化也在几百ppm量级，大大超出了其理论应该能够达到的精度。这就说明热敏电阻的温度并不能完全正确的反应管芯的温度。
因为，现有的超辐射发光二极管将热沉设计为矩形，超辐射发光管芯和热敏电阻均设置在该矩形热沉上；除了热敏电阻和管芯所处的热沉位置不同会导致温度梯度外，另一重要原因是：在极端温度条件下，虽然可将热沉温度控制在室温(比如25度)下，但处于环境温度下的管壳的上盖会存在约50度的温差。这样大的温差，其上盖会与热沉上的热敏电阻和管芯间发生热辐射和热交换，由于管芯和热敏电阻的表面积和所处位置的不同，其影响也不同。这样即使热沉的温度在很好控制下，也会由于高温差造成实际管芯的温度控制不精确，造成超辐射光源输出光谱随外界温度变化的不稳定，影响系统精度。
实用新型内容
为了解决现有技术中所存在的上述问题，本实用新型提供一种可提高超辐射发光二极管平均波长和温度稳定性的超辐射发光二极管。通过使用具有新型热沉结构的超辐射发光二极管，来降低核心的热敏电阻和超辐射发光管芯受外界环境的影响，从而提高超辐射发光二极管的输出光谱(波长)稳定性。
本实用新型提供的技术方案是：一种超辐射发光二极管，包括壳体、壳体顶部的壳体盖和壳体内的半导体制冷器、热沉、透镜光纤、超辐射发光管芯、热敏电阻和探测器，其改进之处在于：所述热沉为置于所述半导体制冷器上的密封腔体，所述透镜光纤、所述超辐射发光管芯、所述热敏电阻和所述探测器均置于所述密封腔体内。
优选的，所述热沉包括热沉基底和开口向下扣合在所述热沉基底上，以形成所述密封腔体的凹形隔热件。
进一步，所述热沉基底为矩形板状，透镜光纤、超辐射发光管芯、热敏电阻和探测器均设于所述热沉基地的上端面上，所述透镜光纤和所述探测器分别位于所述超辐射发光管芯的两侧，所述透镜光纤、所述超辐射发光管芯和所述探测器位于同一轴线上。
进一步，所述热敏电阻设于所述超辐射发光管芯和所述探测器之间。
进一步，所述热敏电阻对称分布在所述超辐射发光二极管的另外两侧，所述热敏电阻为片状热敏电阻。
进一步，所述隔热件为开口向下的空腔长方体，所述隔热件的侧部设置有通孔。
进一步，透镜光纤包括光纤透镜和连接光纤透镜的传导光纤，所述光纤透镜置于所述密封腔体内，所述传导光纤经所述通孔引出。
进一步，所述隔热件的制作材料为导热性能好的金属材料。
进一步，所述热沉基底的制作材料为钨铜。
进一步，所述隔热件通过金属焊料焊接在所述热沉基底上端面，所述热沉基地的下端面通过金属焊料焊接在所述半导体制冷器上。
与最接近的技术方案相比，本实用新型具有如下有益效果：
1)本实用新型提供的超辐射发光二极管采用新型结构的热沉，通过在热沉基底与壳体盖之间设置一个隔热件，实现管内器件与壳体盖的隔离，使得超辐射发光管芯工作不受外界环境温度变化影响，从而确保超辐射发光二极管光源的输出光谱的高稳定性。
2)本实用新型通过将热敏电阻对称分布在超辐射发光管芯的两侧，使得热敏电阻能够更精准的反应激光管芯位置温度变化，并能够通过控温实现对管芯更精确的温度控制，提高光源波长的温度稳定性以提高传感系统的测量精度；
3)本实用新型提供的热敏电阻为电阻值的偏差小的高精度的片状热敏电阻，可进一步地提高超辐射发光二极管温度控制的精度。
附图说明
图1为本实用新型提供的超辐射发光二极管内部器件的纵剖面结构示意图。
图2为超辐射发光二极管内部设置两个热敏电阻的结构示意图。
其中1-半导体制冷器；2-隔热件；3-探测器；4-热敏电阻；5-超辐射发光管芯；6-透镜光纤；7-热沉基底。
具体实施方式
为了更好地理解本实用新型，下面结合说明书附图和实例对本实用新型的内容做进一步的说明。
本实用新型提供了一种新型结构的超辐射发光二极管，用于提高超辐射发光二极管输出光谱的稳定度，降低外界环境变化对发光二极管波长的影响。本实用新型提供的超辐射发光二极管包括壳体，壳体顶部的壳体盖和置于壳体内的超辐射发光管芯、热沉、半导体制冷器、热敏电阻、探测器及透镜光纤等。
本实用新型提供的超辐射发光二极管壳体内部的结构如图1所示。半导体制冷器为置于低层的硅制冷器，其与外电路相连，通过外电路控制半导体制冷器的工作电流来到达控制热沉温度的目的。
不同于传统的矩形板状热沉，本实用新型提供的热沉为一个密封腔体，超辐射发光管芯、热敏电阻、探测器及透镜光纤均置于该密封腔体内。
本实用新型提供的热沉是在传统的矩形热沉基底上加装一个下端开口上端密封的空腔隔热件，该隔热件开口向下，扣在热沉基底上，形成一个密封腔体，用以隔离热敏电阻和管芯与直接与外界接触的管壳盖，这样管芯的周边温度均可以被控制在室温左右，有效的减小温度差造成的热辐射和热传递，进一步利用温度反馈控制精确测量发光管芯温度的方法。
该隔热件底端为光滑的平面，用于连接热沉基底，所以隔热件的温度同样可以被温度反馈的半导体制冷器控制；为了方便半导体制冷器更好地控制隔热件的温度，隔热件选用传热性能好的金属材料，例如钨铜，还在可以适当增加隔热件的底端面积，从而增大隔热件与热沉基底的接触面积。这样，热敏电阻和管芯无论外界的温度如何变化，只要半导体制冷器能够有足够的功率实现温度控制，就不会受任何环境变化的影响，从而实现超辐射发光二极管输出光谱的高稳定性和可靠性。
附图1中的隔热件为长方体形，其低端通过金属焊料焊接在热沉基底上，或通过卡扣的形式直接扣合在热沉基底上，当然隔热件并不限于上述安装方式和上述形状，还可使用其他安装方式和用于隔离管芯等器件与壳体盖的其他形状。
热沉的热沉基底为钨铜材料制作的矩形板，其平行置于半导体制冷器的上端面上，并通过金属焊料与半导体制冷器焊接；用于承载超辐射发光管芯、热敏电阻、探测器和透镜光纤。
其中探测器、超辐射发光管芯和透镜光纤位于同一轴线上，探测器位于超辐射发光管芯的背侧，其与透镜光纤对应分别位于管芯的正反两侧，热敏电阻位于超辐射发光管芯的附近，用于测量超辐射发光管芯的温度。附图1中热敏电阻设置在超辐射发光管芯与探测器之间，当然热敏电阻也可设置在超辐射发光管芯附近的其他位置，为了使热敏电阻更加精确的反应超辐射发光管芯位置的温度变化，并能够通过温控实现对管芯更精确的温度控制，提高光源波长的温度稳定性以提高传感系统的测量精度，可设置两个对称分布在超辐射发光二极管两侧的热敏电阻，如图2所示，为了更清楚地辨认热敏电阻的安装位置，图2中省略了热沉基底上的隔热件。为了更进一步提高温度控制的精度，本实用新型选用的热敏电阻为电阻值的偏差小的高精度的片状热敏电阻。
透镜光纤包括光纤透镜和连接光纤透镜的传导光纤，传导光纤的另一侧经隔热件侧部预留的通孔穿出；超辐射发光管芯发出的光经过光纤透镜耦合，进入传导光纤，实现光输出；探测器用于探测超辐射发光管芯发出的功率大小。
以上仅为本实用新型的实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则内所做的任何修改、同等替换或改进均包含在待审批的本实用新型的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种超辐射发光二极管，包括壳体、壳体顶部的壳体盖和壳体内的半导体制冷器、热沉、透镜光纤、超辐射发光管芯、热敏电阻和探测器，其特征在于：所述热沉为置于所述半导体制冷器上的密封腔体，所述透镜光纤、所述超辐射发光管芯、所述热敏电阻和所述探测器均置于所述密封腔体内。
2.根据权利要求1所述的一种超辐射发光二极管，其特征在于：
所述热沉包括热沉基底和开口向下扣合在所述热沉基底上，以形成所述密封腔体的凹形隔热件。
3.根据权利要求2所述的一种超辐射发光二极管，其特征在于：
所述热沉基底为矩形板状，透镜光纤、超辐射发光管芯、热敏电阻和探测器均设于所述热沉基地的上端面上，所述透镜光纤和所述探测器分别位于所述超辐射发光管芯的两侧，所述透镜光纤、所述超辐射发光管芯和所述探测器位于同一轴线上。
4.根据权利要求3所述的一种超辐射发光二极管，其特征在于：
所述热敏电阻设于所述超辐射发光管芯和所述探测器之间。
5.根据权利要求3所述的一种超辐射发光二极管，其特征在于：
所述热敏电阻对称分布在所述超辐射发光二极管的另外两侧，所述热敏电阻为片状热敏电阻。
6.根据权利要求2所述的一种超辐射发光二极管，其特征在于：
所述隔热件为开口向下的空腔长方体，所述隔热件的侧部设置有通孔。
7.根据权利要求6所述的一种超辐射发光二极管，其特征在于：
透镜光纤包括光纤透镜和连接光纤透镜的传导光纤，所述光纤透镜置于所述密封腔体内，所述传导光纤经所述通孔引出。
8.根据权利要求2所述的一种超辐射发光二极管，其特征在于：
所述隔热件的制作材料为导热性能好的金属材料。
9.根据权利要求2所述的一种超辐射发光二极管，其特征在于：
所述热沉基底的制作材料为钨铜。
10.根据权利要求2-9中任意一项所述的一种超辐射发光二极管，其特征在于：
所述隔热件通过金属焊料焊接在所述热沉基底上端面，所述热沉基地的下端面通过金属焊料焊接在所述半导体制冷器上。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN108332736A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-07-27 | 浙江大学 | 半导体超辐射二极管光源光电探测管复用的光纤陀螺仪 |
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2015
- 2015-09-11 CN CN201520706524.2U patent/CN204927805U/zh active Active
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