CN2901585Y

CN2901585Y - 一种超辐射发光二极管模块

Info

Publication number: CN2901585Y
Application number: CNU2006201102287U
Authority: CN
Inventors: 杨璠; 刘骁; 俞国良; 孙迎波; 俞青; 陈于武; 郭洪
Original assignee: CETC 44 Research Institute
Current assignee: CETC 44 Research Institute
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2016-03-29

Abstract

一种超辐射发光二极管模块。它包括模块管壳、安装在模块管壳内的超辐射发光二极管管芯及安装、承载该管芯在其上以带走管芯热量的热沉、安装在该热沉上的热敏电阻和安装在该热沉下的半导体致冷器、穿进模块管壳与超辐射发光二极管管芯耦合的光纤。本实用新型的改进之处是，其中的半导体致冷器是双层结构的双级半导体致冷器。本实用新型可以保证管芯在更宽温度范围内正常工作(－55～85℃之间)；在替换现有的超辐射发光二极管模块时，不改变用户的安装尺寸和其他的配套元器件；其工作的可靠性、稳定性和适应性均有很大的提高。

Description

一种超辐射发光二极管模块

技术领域

本实用新型涉及半导体光电器件，具体讲是一种超辐射发光二极管的模块(SLD模块)。

背景技术

近年来，光纤陀螺技术和光纤传感的飞速发展对光源提出了很高的要求，超辐射发光二极管(SLD)作为一种具有高输出功率、宽光谱范围的高稳定光源，越来越受到人们的重视。SLD的谱宽较宽，因此它的相干长度短，能有效降低陀螺和传感系统中背向散射噪声带来的影响；输出功率大，就能够有效提高系统的分辨率。由于这两个明显的特点，它已成为光纤陀螺系统中难以替代的光源。另外SLD还在器件测试、光学相干层析成像以及光纤传感等领域得到了广泛的应用。

各种以SLD作为光源的应用系统，无不希望其光学特性稳定，但SLD稳定工作所需的环境条件较苛刻，特别是受环境温度的影响相当大，而实际工程应用中，环境温度的变化无常，为了使SLD工作于相对稳定的条件下，通常将其制作为SLD模块。

SLD模块一般由四部分组成(参考图1)：

(1)SLD管芯及安装、承载管芯的热沉；

(2)光纤、固定光纤的支架；

(3)与外部温控电路连接的热敏电阻和半导体致冷器；

(4)模块管壳。

为确保SLD模块工作时具有稳定的光功率及光谱特性，必须将SLD管芯控制在一定的温度范围内，因此，一般情况下须选用具有良好热传导性质的材料制作热沉、管壳及焊接支架。同时还必须利用热敏电阻和半导体致冷器对SLD管芯进行温度控制。通过耦合工艺将SLD管芯与光纤对准永久固定，并使尾纤有足够的光功率输出。外围温控电路通过热敏电阻的阻值的变化量对半导体致冷器注入相应电流，从而调节SLD管芯处的温度。通过管壳的各引脚对SLD管芯、半导体致冷器施加电流和测量热敏电阻阻值，并对以上各元件起保护作用。

由于模块管壳空间的限制，目前的SLD模块中温度控制都采用的单级半导体致冷器(国内外商品化的SLD模块结构相近)。在理想条件下(即半导体致冷器的热端处于足够大、且温度恒定室温的散热面上)，单级半导体致冷器两个面上的温差最大可达68℃，如果致冷器的产冷量大于SLD管芯的产热量，那么对于SLD在-55℃～85℃的宽温度范围内，保证SLD管芯在25℃下正常工作已足够。然而，实际上并非如此，对于质量最好的单级半导体致冷器也只能使SLD模块勉强工作在-45℃～70℃的温度范围内，这远不能达到某些特殊行业中存在的较宽温度范围的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是，提供一种基本不改变现有模块外形尺寸、但却能适用于较宽温度范围要求的超辐射发光二极管模块。

该超辐射发光二极管模块包括，模块管壳、安装在模块管壳内的超辐射发光二极管管芯及安装、承载该管芯在其上以带走管芯热量的热沉、安装在该热沉上的热敏电阻和安装在该热沉下的半导体致冷器、穿进模块管壳与超辐射发光二极管管芯耦合的光纤。其中的半导体致冷器是固定在模块管壳的底板上的，该底板也是半导体致冷器的散热板。本实用新型的改进之处是，其中的半导体致冷器是双层结构的双级半导体致冷器。也就是说，改进后的半导体致冷器为复式致冷的结构，其中间的隔板既是上一层的热端面，又是下一层的冷端面。

进一步的改进是，该双级半导体致冷器两层中的元件数量不等、两端面大小不等。具体差别是，面积较大一层内的元件对数是面积较小一层内的元件对数2～3倍；面积较小一层的冷端面大小与所述热沉面积对应，面积较大一层的热端面贴合地固定在作为散热板的底板上。

与现有的模块相比较，本实用新型有如下的优越性：

首先，用双级半导体致冷器取代现有的单级半导体致冷器后，由于其致冷效率和最大温差有了很大的提高，于是可以保证管芯在更宽温度范围内正常工作。实验表明，本实用新型的正常工作范围可以在-55～85℃之间。

其次，由于仅是把现有的单级半导体致冷器改成了双级半导体致冷器，其余部分(将在具体实施方式中披露)除适应性改进或优化改进外，基本上保护了现有模块中的其内部元件，相对位置也没有变化，这就使模块组装耦合工艺的难度没有加大，保证了模块的生产稳定。

再者，由于双级半导体致冷器，除其高度有所增加外，其余尺寸没有扩大性的变化，而现有的模块中，也有容纳下该高度增加后的空间(原单级半导体致冷器的高度值与其长、宽相比，是最小的)。因此，本实用新型完全可以做成与现有模块的外形尺寸、安装尺寸相同的形状，确保了用户使用一致性；所述的进一步改进，不仅进一步确保了管芯在更宽温度范围内正常工作，而且、其可靠性也有了极大的提高。

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

附图说明

图1——现有SLD模块的结构示意图

图2——现有半导体致冷器结构示意图

图3——本实用新型的结构示意图

图4——本实用新型中的半导体致冷器结构示意图

具体实施方式

一种超辐射发光二极管模块(参考图2)，该模块包括模块管壳1、安装在模块管壳1内的超辐射发光二极管管芯2及安装、承载该管芯2在其上以带走管芯2热量的热沉3、安装在该热沉3上的热敏电阻4和安装在该热沉3下的半导体致冷器5、穿进模块管壳1与超辐射发光二极管管芯2耦合的光纤6，其中的半导体致冷器是固定在模块管壳1的底板7上的，该底板7也是半导体致冷器的散热板；模块管壳1的侧面还有把热敏电阻4和半导体致冷器5与外部温控电路连接的接线脚。本实用新型把半导体致冷器5改为双层结构的双级半导体致冷器5。

为进一步提高效率和增加可靠性，还把该双级半导体致冷器5设计为，两层中的元件数量不等、两端面大小不等的结构。具体差别，应根据性能要求、作为改进基础的现有模块的结构确定。一般情况下为：面积较大一层内的元件对数是面积较小一层内的元件对数2～3倍；面积较小一层的冷端面大小与所述热沉3面积对应、面积较大一层的热端面贴合地固定在作为散热板的底板7上。例如，作为改进基础的现有模块的元件对数为18，改进后可以是8/18；作为改进基础的现有模块的元件对数为17，改进后可以是7/17等等。需注意的是，在改进时应尽可能地选用最接近现有单级产品的规格参数，以达到既能实现设计目的，又不过多增加改进成本的综合效果。

由于披露至此后，本领域的技术人员完全能够正确理解并再现本实用新型了，故上述两自然段所披露具体实施方式也是以下各例的总述。在以下各例中，与本总述相同的内容不赘述。

实施例1：

本例是在总述部分的基础上，为进一步改善其中双级半导体致冷器5的散热条件而作出的改进。所述改进在管壳底板7处，改进的管壳底板7厚度为0.5～0.8mm(现有的底板7厚度为1.0mm)，该底板7的材料为钨铜。在确保该底板7机械强度的前提下，可以尽可能地取下限值。

实施例2：

本例是在总述部分或实施例1的基础上，为确保其可行性而披露的具体结构。在本例中，光纤6与超辐射发光二极管管芯2的耦合端，是通过一个马鞍形支架固定在热沉3上的。

进一步讲，同样也是为更进一步改善其中双级半导体致冷器5的散热条件。本例还把热沉3上安装其超辐射发光二极管管芯2的部分的厚度，改为0.3mm(现有模块中热沉对应部分的厚度是0.5mm)；同时，把该热沉3固定马鞍形支架的部分，设计、并加工出能确保其光纤6与超辐射发光二极管管芯2正确耦合的凹槽。

显然，实施例1和实施例2中的改进，只有在本实用新型的主要改进——用双级半导体致冷器5替换现有的单级半导体致冷器5′后，才有实质意义(或曰才有明显的效果)。因此，凡是把现有的单级半导体致冷器5′替换为双级半导体致冷器5的超辐射发光二极管的模块(SLD模块)均是与本实用新型相同或等同的产品。

Claims

1、一种超辐射发光二极管模块，该模块包括模块管壳(1)、安装在模块管壳(1)内的超辐射发光二极管管芯(2)及安装、承载该管芯(2)在其上以带走管芯(2)热量的热沉(3)、安装在该热沉(3)上的热敏电阻(4)和安装在该热沉(3)下的半导体致冷器、穿进模块管壳(1)与超辐射发光二极管管芯(2)耦合的光纤(6)，其中的半导体致冷器是固定在模块管壳(1)的底板(7)上的，该底板(7)也是半导体致冷器(5)的散热板，其特征在于，所述的半导体致冷器是双层结构的双极半导体致冷器(5)。

2、根据权利要求1所述的超辐射发光二极管模块，其特征在于，所述双极半导体致冷器(5)两层中的元件数量不等、两端面大小不等；面积较大一层内的元件对数是面积较小一层内的元件对数2～3倍；面积较小一层的冷端面大小与所述热沉(3)面积对应、面积较大一层的热端面贴合地固定在作为散热板的底板(7)上。

3、根据权利要求1或2所述的超辐射发光二极管模块，其特征在于，所述管壳底板(7)的厚度为0.5mm～0.8mm，该底板(7)的材料为钨铜。

4、根据权利要求1或2所述的超辐射发光二极管模块，其特征在于，所述光纤(6)与超辐射发光二极管管芯(2)的耦合端，是通过一个马鞍形支架固定在所述热沉(3)上的。

5、根据权利要求3所述的超辐射发光二极管模块，其特征在于，所述光纤(6)与超辐射发光二极管管芯(2)的耦合端，是通过一个马鞍形支架固定在所述热沉(3)上的。

6、根据权利要求4所述的超辐射发光二极管模块，其特征在于，所述热沉(3)安装其超辐射发光二极管管芯(2)的部分，其厚度为0.3mm；该热沉(3)固定所述马鞍形支架的部分有确保其光纤(6)与超辐射发光二极管管芯(2)正确耦合的凹槽。

7、根据权利要求5所述的超辐射发光二极管模块，其特征在于，所述热沉(3)安装其超辐射发光二极管管芯(2)的部分，其厚度为0.3mm；该热沉(3)固定所述马鞍形支架的部分有确保其光纤(6)与超辐射发光二极管管芯(2)正确耦合的凹槽。