CN2762404Y - 小型半导体激光器控温装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于激光二极管单管泵浦的小型半导体激光器的温度控制装置，仅采用比较电路构成温度控制电路，它由温度采样、温度设定、温度比较控制和温度调节四部分构成，该控温装置与采用脉冲宽度调制器的数模转换式控温装置和采用反馈模拟电路的控温装置都不同。本实用新型可以将半导体激光器泵浦激光二极管和工作介质的工作温度控制在要求的工作温上，根据需要可在20～30℃的范围内调节激光器的稳定工作温度的功能，且温度误差≤±1℃。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种用于半导体激光器的控温装置，具体是涉及一种用于激光二极管单管泵浦的小型半导体激光器控温装置。
背景技术：
半导体激光器是一种电致发光器件，采用激光二极管单管泵浦的小型半导体激光器在景观工程和光通讯等领域中有着广泛的应用。当稳定的电流输入半导体激光器泵浦激光二极管时，它会发出一定波长的激光。但是当激光器连续工作时由于泵浦激光二极管和工作介质发热，从而导致泵浦源激光二极管输出光功率减小、中心波长漂移以及工作介质工作条件变化，致使激光器输出光功率减小，输出光中心频率飘移，甚至当激光器长期连续工作时，由于温度过高而使激光器损毁。因此必须控制半导体激光器工作在稳定的温度下，从而稳定半导体激光器输出。长期以来，对半导体激光器的控温装置的研究主要形成两类方案，一是采用脉冲宽度调制器(PWM)的数模转换式控温装置，可以实现较为精确的控温，但其电路结构较为复杂，一般要涉及到温度采样、模数转换、数字逻辑、数模转换、放大电路和温度调节电路等多个部分，其中数字逻辑电路部分多用到单片机甚至有些这类装置为了实现更为精确的控温需要采用计算机进行高端控制并通过软件算法来实现，因此其开发研制成本相对较高，不适用于小型激光器的控温。另一种方案是采用反馈模拟电路的方案，但是这类控温装置都是固定温度工作点，电路一旦制作完成，其所能稳定的工作温度就固定下来。但是不同类型的激光器，其要求的工作温度也不同，而这类装置难以实现对稳定工作温度的调整。
发明内容：
本实用新型的目的是，提供一种用于激光二极管单管泵浦的小型半导体激光器控温装置，该控温装置只采用简单的模拟比较电路构成温度控制电路，即可将半导体激光器泵浦激光二极管和工作介质的工作温度控制在要求的工作温度上，并可根据需要在20～30℃的范围内调节激光器的稳定工作温度的功能，温度误差≤±1℃。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种小型半导体激光器控温装置，由温度采样、温度设定、温度比较控制和温度调节四部分构成，特征在于总的构成是：
一温度传感器，该温度传感器正极端连接+5V电源正极，该温度传感器的负级性端接第一运算放大器的正极性输入端和第二电阻的节点，第一运算放大器的负级性输入端接第一电阻、第五电阻和第一变阻器滑动端的节点，第一电阻的另一端接地，第五电阻另一端连接该第一运算放大器的输出端，该输出端与第七电阻和跳线一端的节点连接，跳线的公共端接温度显示屏的数据输入端；第一变阻器的两固定端，一端接+5V电源正极，另一端接地；第二电阻的另一端接地；
第二运算放大器负级性输入端接第四电阻和第六电阻的节点，第四电阻的另一端接地，第六电阻另一端接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端还连接第八电阻和跳线的另一端形成的节点，第二运算放大器正极性输入端接第三电阻和第二变阻器滑动端的节点，该第二变阻器的两固定端，一段接+5V电源正极，另一端接地，第三电阻的另一端接地；
第三运算放大器的负级性输入端连接第七电阻和第九电阻的节点，第九电阻的另一端接地，第三运算放大器的正极性输入端连接第八电阻、第十电阻、第十一电阻和电容的节点，第十电阻的另一端接地，电容的另一端和第十一电阻的另一端连接第三运算放大器的输出端，第三运算放大器的输出端接温度调节电路的输入端；所述的第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器均采用直流±5V电源供电。
所述的温度调节电路的构成是：第四比较器和第五比较器的正极性输入端为温度调节电路的输入端，与第三比较器的输出端相连接，第四比较器的负级性输入端经第十二电阻接地，第五比较器负级性输入端经第十三电阻接地，第四比较器的输出端连接第十四电阻连接第一三极管的基极，该三极管的集电极连接+6V电源的+6V输出端，第一三极管的发射极连接半导体散热器的正极，第五比较器输出端经第十五电阻接第二三极管的基极，该三极管的集电极连接-6V电源的-6V输出端，第二三极管的发射极连接半导体散热器的正极性端，半导体散热器的负级性端连接电源U1和U2的公共接地端，半导体散热器一面和激光器泵浦源与工作介质的封装套接触，另一面安装金属散热片，第四比较器和第五比较器均采用±5V电源供电。
本实用新型的技术效果如下：
本实用新型小型半导体激光器控温装置，可以将激光二极管单管泵浦的小型半导体激光器工作温度稳定在所要求的工作温度上。与采用脉冲宽度调制器(PWM)的数模转换式控温装置相比，本实用新型不需要数模转换、数字逻辑和模数转换等相对复杂电路，更不涉及单片机或计算机等的控制电路和软件程序，该发明只采用简单模拟电路实现了稳定小型半导体激光器工作温度的功能。而与一般的采用反馈式模拟电路的控温装置又不同，该发明式采用比较模拟电路，经试用证明，本实用新型装置实现了控制温度可调的功能，且根据需要可在20～30℃之间调节半导体激光器的稳定工作温度，温度误差≤±1℃。
附图说明：
图1为本实用新型小型半导体激光器控温装置电路结构示意图
图2为本实用新型温度调节电路示意图
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作详细说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。
先请参阅图1，图1为本实用新型小型半导体激光器控温装置电路结构示意图，由图可见，本实用新型小型半导体激光器控温装置主要由激光器工作温度采样部分、基准温度设定部分、温度比较控制输出部分和激光器工作温度调节四部分组成。
图1中，运算放大器A1负级性输入端分别连接电阻R1、R5的一端以及变阻器VR1滑动端。电阻R1另一端连接电源零电位接地端，R5另一端连接运算放大器A1输出端，A1输出端还连接电阻R7一端和跳线S1的一端，跳线S1的公共端连接温度显示屏LCD的数据输入端。变阻器VR1另外两端，一段接+5V电源正极性端，另一端接电源零电位接地端。A1正极性输入端分别连接温度传感器TS负级性端和电阻R2一端，温度传感器TS正级性端连接+5V电源正极性端，TS表面直接和激光器泵浦源与工作介质的封装套接触，电阻R2另一端连接电源零电位接地端。从而由运算放大器A1、电阻R1、R2、R5、变阻器VR1和温度传感器TS共同组成激光器工作温度采样部分。运算放大器A2负级性输入端分别连接电阻R4、R6的一端。电阻R4另一端连接电源零电位接地端，电阻R6另一端连接A2输出端，A2输出端还连接电阻R8一端和跳线S1的另一端。运算放大器A2正极性输入端分别连接电阻R3一端和变阻器VR2滑动端。变阻器VR2另外两端，一段接+5V电源正极性端，另一端接电源零电位接地端，电阻R3另一端连接电源零电位接地端。从而由运算放大器A2、电阻R3、R4、R6和变阻器VR1共同组成基准温度设定部分。温度设定时，先将跳线S1的公共端与和运算放大器A2输出端连接的一端相连，调节变阻器VR2滑动触端，使得A2输出在2.0～3.0V之间，且输出电压在数值上等于要求的激光器稳定工组温度数值的1/10，调节LCD显示要求的激光器稳定工组温度值。再将跳线S1的公共端与运算放大器A1输出端连接的一端相连，用接触式测温表接触测量温度传感器TS表面实际温度，然后调节变阻器VR1滑动端，使得LCD显示温度与测温表显示温度相同。运算放大器A3的负级性输入端分别连接电阻R7的另一端和电阻R9的一端，电阻R9的另一端连接电源零电位接地端。A3的正极性输入端分别连接电阻R8、电阻R10、R11和电容C1的节点，电阻R10另一端连接电源零电位接地端，电容C1的另一端和电阻R11的另一端连接A3的输出端，A3的输出端还连接温度调节电路TC的输入端。从而由运算放大器A3、电阻R7、R8、R9、R10、R11和电容C1共同组成温度比较控制输出部分。通过该比较控制输出部分电路实现对传感器TS实测温度与电路确定的激光工作温度相比较，然后输出其差值信号用以控制温度调节电路的工作状态，最终使激光器工作在稳定的工作温度点上。运算放大器A1、A2和A3均采用直流±5V电源供电。
温度调节电路示意图如图2。比较器A4、A5的正极性输入端相连作为温度调节电路TC的输入端，即连接A3的输出端，A4负级性输入端经R12接电源零电位接地端，A5负级性输入端经电阻R13接电源零电位接地端。A4输出端连接电阻R14一端，R14另一端连接三极管Q1的基极，Q1的集电极连接+6V电源U1的+6V输出端，Q1的发射极连接半导体散热器COOL的正极性端。A5输出端连接电阻R15一端，电阻R15另一端连接三极管Q2基极，Q2集电极连接-6V电源U2的-6V输出端，Q2发射极连接半导体散热器COOL的正极性端，半导体散热器COOL的负级性端连接电源U1和U2的公共接地端。半导体散热器COOL一面和激光器泵浦源与工作介质的封装套接触，另一面安装金属散热片。比较器A4和A5也均采用±5V电源供电。
经实验证明，本实用新型小型半导体激光器控温装置，可以将激光二极管单管泵浦的小型半导体激光器工作温度稳定在所要求的工作温度上。与采用脉冲宽度调制器(PWM)的数模转换式控温装置相比，本实用新型不需要数模转换、数字逻辑和模数转换等相对复杂电路，更不涉及单片机或计算机等的控制电路和软件程序，该发明只采用简单模拟电路实现了稳定小型半导体激光器工作温度的功能。而与一般的采用反馈式模拟电路的控温装置又不同，该发明式采用比较模拟电路，从而可以实现控制温度可调的功能，且根据需要可在20～30℃之间调节半导体激光器的稳定工作温度，温度误差≤±1℃。
Claims (2)
1、一种小型半导体激光器控温装置，由温度采样、温度设定、温度比较控制和温度调节四部分构成，特征在于总的构成是：
一温度传感器(TS)，该温度传感器(TS)正极端连接+5V电源正极，该温度传感器(TS)的负级性端接第一运算放大器(A1)的正极性输入端和第二电阻(R2)的节点，第一运算放大器(A1)的负级性输入端接第一电阻(R1)、第五电阻(R5)和第一变阻器(VR1)滑动端的节点，第一电阻(R1)的另一端接地，第五电阻(R5)另一端连接该第一运算放大器(A1)的输出端，该输出端与第七电阻(R7)和跳线(S1)一端的节点连接，跳线(S1)的公共端接温度显示屏(LCD)的数据输入端；第一变阻器(VR1)的两固定端，一端接+5V电源正极，另一端接地；第二电阻(R2)的另一端接地；
第二运算放大器(A2)负级性输入端接第四电阻(R4)和第六电阻(R6)的节点，第四电阻(R4)的另一端接地，第六电阻(R6)另一端接第二运算放大器(A2)的输出端，第二运算放大器(A2)的输出端还连接第八电阻(R8)和跳线(S1)的另一端形成的节点，第二运算放大器(A2)正极性输入端接第三电阻(R3)和第二变阻器(VR2)滑动端的节点，该第二变阻器(VR2)的两固定端，一段接+5V电源正极，另一端接地，第三电阻(R3)的另一端接地；第三运算放大器(A3)的负级性输入端连接第七电阻(R7)和第九电阻(R9)的节点，第九电阻(R9)的另一端接地，第三运算放大器(A3)的正极性输入端连接第八电阻(R8)、第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)和电容(C1)的节点，第十电阻(R10)的另一端接地，电容(C1)的另一端和第十一电阻(R11)的另一端连接第三运算放大器(A3)的输出端，第三运算放大器(A3)的输出端接温度调节电路(TC)的输入端；所述的第一运算放大器(A1)、第二运算放大器(A2)和第三运算放大器(A3)均采用直流±5V电源供电。
2、根据权利要求1所述的小型半导体激光器控温装置，其特征在于所述的温度调节电路(TC)的构成是：第四比较器(A4)和第五比较器(A5)的正极性输入端为温度调节电路(TC)的输入端，与第三比较器(A3)的输出端相连接，第四比较器(A4)的负级性输入端经第十二电阻(R12)接地，第五比较器(A5)负级性输入端经第十三电阻(R13)接地，第四比较器(A4)的输出端连接第十四电阻(R14)连接第一三极管(Q1)的基极，该三极管(Q1)的集电极连接+6V电源(U1)的+6V输出端，第一三极管(Q1)的发射极连接半导体散热器(COOL)的正极，第五比较器(A5)输出端经第十五电阻(R15)接第二三极管(Q2)的基极，该三极管(Q2)的集电极连接-6V电源(U2)的-6V输出端，第二三极管(Q2)的发射极连接半导体散热器(COOL)的正极性端，半导体散热器(COOL)的负级性端连接电源U1和U2的公共接地端，半导体散热器(COOL)一面和激光器泵浦源与工作介质的封装套接触，另一面安装金属散热片，第四比较器(A4)和第五比较器(A5)均采用±5V电源供电。
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