DE60314767T2

DE60314767T2 - Verfahren und system zur thermischen regelung von superlumineszenz-dioden

Info

Publication number: DE60314767T2
Application number: DE60314767T
Authority: DE
Inventors: Peter North Attleboro GREGORY; Alfred Bedford HEALY
Original assignee: Northrop Grumman Corp
Current assignee: Northrop Grumman Corp
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2023-10-30
Also published as: JP4732756B2; WO2004042835A1; EP1559145A1; DE60314767D1; EP1559145B1; US20040086008A1; CA2501790A1; AU2003291663A1; US6859471B2; JP2006505140A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Stabilisierung einer oder mehrerer Leistungsmerkmale einer Superlumineszenz-Diode (SLD) mit Bezug auf die Umgebungstemperatur und ist anwendbar auf Hochleistungs-Lichtquellen in Faseroptik Gyroskopen (in dieser Schrift mit FOGs bezeichnet.
FOG Messwertfehler können im Allgemeinen in die Kategorien „Biss Error" (Vorfehler) und „Scaling Error" (Skalierungsfehler) gegliedert werden. Alle Gyroskope weisen einen gewissen Messabweichungsfehler auf, der nach der Initialisierung vorhanden ist und als Bias Error (Vorfehler) bezeichnet wird. Die zweite Art von Fehler, hier als Skalierungsfehler (oder auch als Skalenfaktorfehler) bezeichnet, nimmt zu mit dem Winkel, durch welches ein Gyroskop gedreht wird. Der Skalierungsfehler ist die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehwinkel, den das FOG durchläuft, und dem Drehwinkel, der am FOG Ausgang angezeigt wird. Ein FOG, welches anzeigt, dass es sich durch neunzig Grad gedreht hat, obwohl es sich tatsächlich durch zweiundneunzig Grad gedreht hat, ist ein Beispiel für den Skalierungsfehler. Die Größe des Skalierungsfehlers kann von verschiedenen Umgebungsfaktoren beeinflusst werden, so dass ein fester Kompensationswert im Allgemeinen nicht ausreicht, um den FOG Ausgang vollständig zu korrigieren.
FOGs benutzen typisch Superlumineszenz-Dioden (in dieser Schrift mit SLDs bezeichnet) als Lichtquellen. Die Leistung eines FOG ist abhängig von der Wellenlänge der Lichtquelle, da der mit dem FOG verbundene Skalierungsfehler direkt proportional zur Wellenlänge des vom SLD ausgestrahlten Lichts ist. Die Wellenlänge der SLD variiert linear mit ihrer Betriebstemperatur, so dass es notwendig ist, die Temperatur der SLD mit einem thermoelektrischen Kühlungsmodul (TEC) zu stabilisieren, um Skalenfaktorabweichungen über einen breiten Bereich von FOG Betriebstemperaturen zu begrenzen.
Im Handel erhältliche (Stand der Technik) SLD Vorrichtungen 10 beinhalten typisch eine innerhalb des SLD Vorrichtungspakets 14 montierte TEC Komponente 12, wie in Blockdiagrammform in 1 dargestellt. Der SLD Chip 16, das Licht emittierende Element, ist direkt an der Oberfläche des TEC 12 zusammen mit einem Thermistor 18 befestigt. Die Thermistor-Kabel 20 sind aus dem Paket heraus geführt, um den Betrieb mit der externen Temperaturregelungs Elektronik 22 zu gestatten.
Die Wellenlängen (und folglich die Skalenfaktor) Empfindlichkeit der SLD liegt typisch in einer Größenordnung von 400 Teilen pro Million (ppm) pro Grad Celsius (°C). Um Skalenfaktorschwankungen innerhalb eines beispielhaften Zielwerts von 100 ppm zu halten, ist es erforderlich, die Temperatur der SLD bis auf eine Genauigkeit von mindestens 0,25°C über den Betriebstemperaturbereich zu regeln. Ein typischer Betriebstemperaturbereich reicht von -54°C bis 71°C. Die mit einem idealen TEC kombinierte Elektronik zur Regelung der Temperatur wäre fähig, die Regelfunktionen für eine derartige Stabilität bereitzustellen. Jedoch verhindern die für die Konstruktion und Leistung von im Handel erhältlichen TEC Modulen geltenden Einscriränkungen eine Skalenfaktor Stabilität von besser als 100 ppm.
EP-A-1096626 offenbart, entsprechend des dem kennzeichnenden Abschnitt von Anspruch 1 vorausgehenden Abschnitts, einen Prozess zur thermischen Konditionierug von elektronischen Komponenten. Ein erster Wärmesensor ist in der Nähe einer Komponente innerhalb eines Pakets angeordnet. Ein zweiter Sensor tastet die Temperatur der Außenumgebung des Pakets ab. Der Ausgang des ersten Sensors wird vom Ausgang des zweiten Sensors an einem Summierungspunkt subtrahiert, um ein Regelsignal abzuleiten, das zur Regelung der Temperatur der Komponente dient.
Die Erfindung stellt ein Stabilisierungsverfahren nach Anspruch 1 und ein entsprechendes System nach Anspruch 9 bereit. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 und 10 bis 15 definiert.
Des weiteren beinhaltet eine Ausführungsform das Bestimmen einer Veränderung in der optischen Leistungsabgabe der SLD Vorrichtung mit Bezug auf die Umgebungstemperatur.
Des weiteren beinhaltet eine Ausführungsform das Bestimmen einer Veränderung im Sollpunktwiderstand eines Thermistors, wobei der Temperaturfühler einen Thermistor beinhaltet und das Sollpunktsignal einen Sollpunktwiderstand beinhaltet.
Des weiteren beinhaltet eine Ausführungsform das Abtasten einer Gehäusetemperatur eines die SLD Vorrichtung umgebenden Gehäuses und das Benutzen der Gehäusetemperatur als Umgebungstemperatur zur Modifizierung der Temperaturregelungs Rückkopplungsschleife, um die Veränderung im Sollpunktsignal auszugleichen. Dadurch wird eine Stabilisierung in der Veränderung der einen oder der mehreren Leistungsmerkmale als Funktion der Umgebungstemperatur erreicht.
Des weiteren beinhaltet eine Ausführungsform, dass der Thermistor weitgehend angrenzend an das die SLD Vorrichtung umgebende Gehäuse angeordnet wird, und dass ein mit dem Thermistor in der Temperaturregelungs Rückkopplungsschleife verknüpfter Widerstand benutzt wird, um die Veränderung im Sollpunktsignal zu korrigieren.
Des weiteren beinhaltet eine Ausführungsform das Befestigen des Thermistors am die SLD Vorrichtung umgebenden Gehäuse.
Des weiteren beinhaltet eine Ausführungsform das elektrische Koppeln des Thermistors an einer Brückenschaltung innerhalb der Temperaturregelungs Elektronik, um eine Veränderung im Sollpunktsignal zu korrigieren.
Des weiteren beinhaltet eine Ausführungsform das Kombinieren der Unterstützungsschaltungen mit der Brückenschaltung, so dass der mit den Unterstützungsschaltungen kombinierte Thermistor ein gewünschtes Widerstandsprofil aufweist.
Des weiteren beinhaltet eine Ausführungsform das Bestimmen der Umgebungstemperatur durch Abtasten einer Gehäusetemperatur des die SLD Vorrichtung umgebenden Gehäuses.
Des weiteren beinhaltet eine Ausführungsform das Modifizieren der Temperaturregelungs Rückkopplungsschleife mit einem Prozessorausführungscode, der algorithmisch ein ausgeglichenes TEC Regelsignal als Funktion des Sollpunktsignals und der Umgebungstemperatur erzeugt.
In einer Ausführungsform beinhaltet der Sollpunkt Temperaturfühler einen Thermistor, und das Sollpunktsignal beinhaltet einen Sollpunktwiderstand.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet der Umgebungs Temperaturfühler einen Thermistor zum Abtasten einer Gehäusetemperatur des die SLD Vorrichtung umgebenden Gehäuses.
In einer weiteren Ausführungsform berührt der Thermistor physikalisch das die SLD Vorrichtung umgebende Gehäuse.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Thermistor an dem die SLD Vorrichtung umgebenden Gehäuse befestigt.
In einer weiteren Ausführungsform beinhalten die Korrekturschaltungen Leiter zur elektrischen Kopplung des Thermistors an eine Brückenschaltung innerhalb der Temperaturregelungs Elektronik.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Korrekturschaltungen weiter mit Unterstützungsschaltungen kombiniert derart, dass der mit den Korrekturschaltungen und den Unterstützungsschaltungen kombinierte Thermistor ein gewünschtes Widerstandsprofil aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform beinhalten die Korrekturschaltungen einen Prozessorausführungscode, der algorithmisch ein ausgeglichenes TEC Regelsignal als Funktion des Sollpunktsignals und der Umgebungstemperatur erzeugt.
In einer weiteren Ausführungsform beinhalten die Korrekturschaltungen eine ASIC Vorrichtung zum Empfang des Sollpunktsignals und des die Umgebungstemperatur darstellenden Abtastsignals, um daraus ein ausgeglichenes TEC Regelsignal zu erzeugen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein besseres Verständnis der oben genannten und anderer Ziele der vorliegenden Erfindung, der verschiedenen Merkmale derselben sowie der Erfindung selbst ergibt sich beim Lesen der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 eine typische SLD Vorrichtung nach dem Stand der Technik in Form eines Blockdiagramms darstellt;
2 die optische Leistung gegenüber der Umgebungstemperatur des Thermistors für eine feste Sollpunkttemperatur darstellt, gemessen an einer SLD Vorrichtung nach dem Stand der Technik;
3 die optische Leistung gegenüber der Sollpunkttemperatur des Thermistors für eine feste Umgebungstemperatur darstellt, gemessen an einer SLD Vorrichtung nach dem Stand der Technik;
4 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Systems zum Stabilisieren einer SLD Vorrichtung darstellt;
5 Details einer Ausführungsform der Temperaturregelungs Elektronik von 4 darstellt;
6 optische Leistung gegenüber der Umgebungstemperatur darstellt, gemessen an einer SLD Vorrichtung gemäß der Ausführungsform von 4; und
7 Daten ähnlich denen in 6, gemessen zu einem anderen Zeitpunkt, darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In 2 und 3 sind die Ergebnisse von zwei parametrischen Prüfungen dargestellt, die an einer SLD Vorrichtung nach dem Stand der Technik durchgeführt wurden. 2 zeigt die optische Leistung gegenüber der Umgebungstemperatur für eine feste Sollpunkttemperatur des Thermistors, gemessen an einer SLD Vorrichtung nach dem Stand der Technik. Die externe Temperaturregelungs Elektronik benutzt das Thermistorsignal als Rückkopplung zur Regelung des TEC, um die feste Sollpunkttemperatur des Thermistors einzuhalten. 3 zeigt die optische Leistung gegenüber der Sollpunkttemperatur des Thermistors für eine feste Umgebungstemperatur des Thermistors, gemessen an einer SLD Vorrichtung. Obwohl die 2 und 3 die Merkmale eines spezifischen SLD Vorrichtung zeigen, sind die allgemeinen Ergebnisse bezeichnend für viele SLD Vorrichtungen verschiedener Hersteller.
3 zeigt, dass die optische Leistungsabgabe des SLD Chips umgekehrt proportional zur Temperatur des SLD Chips ist, das heißt, die Leistungsabgabe nimmt linear ab als Funktion des Anstiegs der SLD Chip Temperatur. 2 zeigt, dass die optische Leistungsabgabe des SLD Chips direkt proportional zur Umgebungstemperatur ist. Im Hinblick auf die Ergebnisse von 3 bedeutet 2, dass die Temperatur des SLD Chips abnimmt, während die Umgebungstemperatur zunimmt. Da jedoch die Bedingungen in 2 eine feste Sollpunkttemperatur des Thermistors beinhalten, kann die tatsächliche Temperatur des SLD Chips nur dann abnehmen, wenn ein Temperatur Gefälle vom SLD Chip zum Thermistor existiert. Dieses Phänomen kann nicht das Ergebnis von Wärmefluss/Abgang in das SLD Vorrichtungspaket sein, weil im Kühlungsmodus dieser Wärmefluss dazu neigen würde, die Betriebstemperaturen des SLD Chips zu erhöhen. Eine lokale Erhitzung des Thermistors würde eine zusätzliche Kühlung erzeugen, um den Wärmefluss auszugleichen, was zu einer niedrigeren Betriebstemperatur und somit zu einem Anstieg in der optischen Leistung führen würde. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass sich eine lokale Erhitzung ergeben würde, weil der Oberflächenbereich des Thermistors klein und der thermische Widerstand der TEC Oberfläche niedrig ist. Die Theorie ist, dass dieses Phänomen ein Ergebnis von dreierlei Wirkungen ist: der räumlichen Trennung zwischen dem SLD Chip und dem Thermistor, der begrenzten Leitähigkeit des TEC Substrats in der gleichen Ebene und der Temperaturabhängigkeit der thermoelektrischen Materialien.
Die Gleichung für thermoelektrische Kühlung wird ausgedrückt durch: Q = αTI – ½I2R-KΔT (1)wobei:
α der Seebeck Koeffizient ist
R der durchschnittliche elektrische Widerstand des Moduls ist
K die durchschnittliche thermische Konduktanz des Moduls ist
I der elektrische Strom ist
T die mittlere Temperatur des TEC ist
ΔT die Temperaturdifferenz auf dem TEC ist
Gleichung (1) zeigt, dass die Wärmebelastung, die über eine Temperaturdifferenz ΔT gepumpt werden kann, begrenzt ist durch (i) die Wärmeleitfähigkeit durch das TEC und (ii) die aufgrund des elektrischen Widerstands des TEC Elements entwickelte Joulesche Wärme. Gleichung (1) zeigt ferner, dass aufgrund der Abhängigkeit des Seebeck Koeffizienten, der thermischen Leitfähigkeit und des elektrischen Widerstands von der mittleren Temperatur die Kühlleistung des TEC von der Betriebstemperatur abhängig ist.
Wenn der SLD Chip inaktiv ist (das heißt er steht nicht unter Spannung), ist die Temperaturdifferenz am TEC das Maximum für jede gegebene Temperatur, und die Temperatur an der TEC Substrat Oberfläche ist einheitlich. Wenn der SLD Chip aktiv ist (das heißt er steht unter Spannung), liefert er eine lokale Wärmelast an das TEC, und es entwickelt sich ein Temperaturgefälle an der räumlichen Trennung zwischen dem SLD Chip und dem Thermistor, der für die Rückkopplungsregelung sorgt. Das Temperaturgefälle entwickelt sich, weil die Wärmequelle (das heißt der SLD Chip) lokalisiert und die Wärmeleitfähigkeit über das Substrat begrenzt ist, das heißt begrenzt durch die thermische Leitfähigkeit des Substratmaterials. Des weiteren, weil die TEC Materialien temperaturabhängig sind, ist auch die Temperaturdifferenz zwischen dem SLD und dem Thermistor temperaturabhängig.
Beziehungen existieren zwischen (i) der optischen Leistung des SLD Ausgangs und der SLD Chip-Temperatur, und (ii) zwischen der Wellenlänge des SLD Ausgangs und der SLD Chip-Temperatur. Anhand der SLD-Prüfungen, wie durch die beispielhaften Ergebnisse von 2 und 3 dargestellt, konnte daher abgeleitet werden, dass sich die Wellenlange des SLD Ausgangs um ungefähr 2-3 ppm/°C Gehäusetemperatur ändert, je nach SLD Hersteller. Diese Wellenlängen Empfindlichkeits-Ergebnisse wurden untermauert durch direkte Messungen der SLD Wellänge mit einem OSA (Optisches Spektrumsanalysiergerät). Die Implikation ist, dass Maßnahmen zur Stabilisierung der optischen Leistungsempfindlichkeit der SLD mit Bezug auf die Umgebungstemperatur auch die Wellenlängenempfindlichkeit der SLD mit Bezug auf die Umgebungstemperatur stabilisieren.
Dementsprechend stellen die folgenden Schritte ein Verfahren zum Stabilisieren der Wellenlängenempfindlichkeit einer SLD Vorrichtung mit Bezug auf die Umgebungstemperatur dar:

1. Das empirische Bestimmen der optischen Leistungsempfindlichkeit der SLD Vorrichtung mit Bezug auf die Temperatur (dP₀/dT_c) des Vorrichtungsgehäuses (das heißt des Pakets), ähnlich der Darstellung in 2;
2. Das Berechnen einer Veränderung im Sollpunktwiderstand eines Thermistors gegenüber der Gehäusetemperatur (dR/dT_c), entsprechend dP₀/dT_c; und
3. Das Einführen einer Kompensation in die Temperaturregelungs Rückkopplungsschleife, bestehend aus dem TEC, dem Thermistor und der externen Temperaturregelungs Elektronik, wobei die Kompensation einem Betrag entspricht, der das Gleiche wie oder das Gegenteil von dR/dT_c ist.

In dieser Beschreibung wird die „Umgebungstemperatur" durch das Abtasten der Temperatur des Vorrichtungsgehäuses bestimmt. Es ist zu erwähnen, dass obwohl die Gehäusetemperatur und die Umgebungstemperatur miteinander verwandt sind, in manchen Fällen eine bestimmte Diskrepanz vorkommen kann. Die Diskrepanz ist typisch vernachlässigbar. Jedoch könnte in einigen Ausführungsformen das Verfahren das Abtasten der echten Umgebungstemperatur beinhalten. Die spezielle SLD, die in den 2 und 3 dargestellt ist, könnte in folgendem Beispiel zur Veranschaulichung dieses Verfahrens benutzt werden. 2 zeigt, dass die dP₀/dT_c für diese spezielle SLD ungefähr 0,0023 mW/°C (Gehäuse) ist. 3 zeigt, dass die Empfindlichkeit der optischen Leistung der SLD Vorrichtung mit Bezug auf die Sollpunkttemperatur dP₀/dT_s des Thermistors ungefähr 0,314 mW/°C (Sollpunkt) ist. Wenn dP₀/dT_c durch dP₀/dT_s dividiert wird, erhält man die inkrementale Änderung in der Sollpunkttemperatur bezogen auf die Änderung in der Gehäusetemperatur, dT_s/dT_c, von -0,0073. Aus Datenblättern, die mit dem Thermistor verknüpft sind, ist ersichtlich, dass die Änderung im Thermistorwiderstand mit Bezug auf die Sollpunkttemperatur, dR/dT_s, durch 500 Ω/°C gegeben ist. Wenn dR/dT_s mit dT_s/dT_c multipliziert wird, ergibt sich dR/dTc, = (500 Ω/°C) (-0,0073) = -3,65 Ω/°C
Die durch die Daten in 2 und 3 dargestellte SLD weist demnach eine Empfindlichkeit in der optischen Leistung von ungefähr 0,0023 mW/°C (Gehäuse) mit Bezug auf die Gehäusetemperatur auf. Die Leistungsempfindlichkeit kann durch eine Änderung im Sollpunktwiderstand des Thermistors von -3,65 Ω/°C, bezogen auf die Gehäusetemperatur, dargestellt werden. Um die optischen Leistungsschwankungen (und folglich die Wellenlängenschwankungen) mit Bezug auf die Gehäusetemperatur zu mildern, wⁱrd die Temperaturregelungs Elektronik in einer Weise modifiziert, die die dR/dT_c Schwankung von -3,65 Ω/°C um einen Betrag korrigiert, der das Gleiche wie oder das Gegenteil ist, das heißt um +3,65 Ω/°C. In einer Ausführungsform eines Systems 100 zur Stabilisierung einer SLD Vorrichtung 102, wie in 4 dargestellt, ist der Sollpunkt Thermistor 104, der sich in der Nähe des SLD Chips 105 befindet, elektrisch an die Temperaturregelungs Elektronik 106 gekoppelt, um als ein Element in einer Brückenschaltung 108 benutzt zu werden. Der Ausgang der Brockenschaltung 108 stellt ein Regelsignal 110 an einer TEC Treiberschaltung 112 bereit, die das TEC 114 treibt, um den SLD Chip 105 zu kühlen. Die Treiberschaltung 112 erzeugt ein ausgeglichenes TEC Regelsignal 113, welches die Kühlungsmerkmale des TEC 114 definiert. Der Sollpunkt-Thermistor 104, die Temperaturregelungs Elektronik 106 und das TEC 114 bilden somit eine Temperaturregelungs Rückkopplungsschleife. In dieser Ausführungsform ist ein Gehäuseabtast-Thermistor 116 am Gehäuse 118 der SLD Vorrichtung 102 befestigt. Der Gehäuseabtast-Thermistor 116 ist elektrisch an die Brockenschaltung 108 gekoppelt in einer Weise, die die Schwankungen (mit Berg auf die Gehäusetemperatur) des Sollpunkt-Thermistors 104 korrigiert. In einer Ausführungsform ist der zweite Thermistor 116 mit zusätzlichen Unterstützungsschaltungen (nicht dargestellt) kombiniert, so dass die resultierende Kombination das gewünschte Widerstandsprofil als Funktion der Gehäusetemperatur aufweist, das heißt ein Widerstandsprofil, dass die Schwankungen (mit Berg auf die Gehäusetemperatur) des Sollpunkt-Thermistors 104 korrigiert.
In anderen Ausfühnmgsformen könnte die Änderung im Widerstand des Sollpunkt-Thermistors mit Berg auf die Gehäusetemperatur (das heißt dR/dT_c) durch andere in der Technik bekannte Techniken korrigiert werden. Zum Beispiel könnte die Temperaturregelungs Elektronik eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) beinhalten, die ein ausgeglichenes TEC Regelsignal als Funktion der Sollpunkttemperatur und der Gehäusetemperatur erzeugt. In anderen Ausführungsformen könnte die Temperaturregelungs Elektronik einen Prozessor Ausführungscode (das heißt Software, Firmware usw.) beinhalten, der auf algorithmischem Weg ein ausgeglichenes TEC Regelsignal als Funktion der Sollpunkttemperatur und der Gehäusetemperatur erzeugt. Solche digitalen Systeme verwenden in der Technik bekannte A/D Wandler und D/A Wandler, um die notwendigen Schnittstellen zwischen analogen und digitalen Komponenten bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen könnte die Temperaturregelungs Elektronik eine Nachschlagetabelle (LUT) beinhalten, die spezifisch zu dem Zweck erstellt wurde, die spezifischen Merkmale einer bestimmten SLD Vorrichtung bereitzustellen. Obwohl die hier allgemein beschriebenen Ausführungsformen Thermistoren zum Abtasten der Sollpunkttemperatur und Gehäusetemperatur verwenden, könnten neben Thermistoren auch andere Temperaturabtastvorrichtungen, wie zum Beispiel Widerstandstemperatur Detektoren (RTDs), Thermoelemente, Infrarottemperatur Detektoren und andere in der Technik bekannte Temperaturabtastvorrichtungen verwendet werden. In derartigen Ausführungsformen stellt die Temperaturabtastvorrichtung ein Temperaturabtastsignal, nicht unbedingt einen Widerstand bereit, um eine Anzeige der zugehörigen Temperatur bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen könnte die Temperaturabtastvorrichtung die echte Umgebungstemperatur anstatt der Gehäusetemperatur abtasten, um ein Signal zur Korrektur des Temperatursollpunkts innerhalb der SLD Vorrichtung bereitzustellen.
5 zeigt Details einer Ausführungsform der Temperaturregelungs Elektronik 106 von 4. Die Brockenschaltung 108 ist hier elektrisch an den Gehäuse-Thermistor 116 und den Sollpunkt-Thermistor 104 gekoppelt. Die Brückenschaltung 108 stellt ein Regelsignal 110 an der TEC Treiberschaltung 112 bereit, die die TEC 114, wie oben beschrieben, treibt.
6 und 7 veranschaulichen optische Leistungsdaten für zwei verschiedene Daten, entsprechend der mit den 2 und 3 verbundenen SLD Vorrichtung, wobei die in 4 beschriebene Ausführungsform der Gehäusetemperatur-Rückkopplung zum Einsatz kommt. Die Daten von 6 und 7 zeigen, dass diese Ausführungsform eine ungefähr zehnfache Verbesserung in der Temperatur und somit in der Skalenfaktor Stabilität darstellt.
Basierend auf den hier beschriebenen Konzepten und Ausführungsformen und unter der Voraussetzung, dass der SLD Hersteller ein akzeptables Niveau an Prozessregelung bereitstellt, wäre eine einzige Ausführungsform, die ein bestimmtes Ausgleichssystem umfasst, auf alle Vorrichtungen eines einzigen Herstellers anwendbar, um einen moderaten Bereich an Skalenfaktor Stabilitätsanforderungen zu erfüllen. Um ungewöhnlich hohen Skalenfaktor Stabilitätsanforderungen gerecht zu werden, könnte das Anpassen des Ausgleichssystems an jede einzelne SLD Vorrichtung einen höheren Grad an Skalenfaktor Stabilität bereitstellen.
Die Erfindung kann in andere spezifische Ausführungsformen aufgenommen werden, ohne vom Erfindungsgedanken oder von den wesentlichen Merkmalen abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsformen sind daher in mancher Hinsicht als illustrativ und nicht einschränkend zu betrachten, wobei der Geltungsbereich der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche, nicht die obige Beschreibung, definiert ist, und alle Änderungen, die in den Sinn und Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sind daher durch diese abgedeckt.

Claims

Verfahren zum Stabilisieren einer oder mehrerer Leistungsmerkmale einer Superlumineszenz-Diode SLD Vorrichtung (102) mit Berg auf die Umgebungstemperatur, welche SLD Vorrichtung (i) ein thermoelektrisches Kühlmodul TEC (114) zum Kühlen eines SLD Chip (105) und (ii) einen Temperaturfühler (104) zur Bereitstellung eines einer Sollpunkttemperatur entsprechenden Sollpunktsignals beinhaltet, wobei das TEC und der Temperaturfühler zusammen mit einer Temperaturregelungs-Elektronik (106) eine Temperaturregelungs-Rückkopplungsschleife zum Einhalten der Sollpunkttemperatur innerhalb eines vorherbestimmten Temperaturbereichs bilden, wobei das Verfahren das Bestimmen der Umgebungstemperatur in der Nähe eines die SLD Vorrichtung umgebendes Gehäuses durch einen anderen Temperaturfühler (116) beinhaltet, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: Bestimmen einer Veränderung des einen oder der mehreren Merkmale als Funktion der Umgebungstemperatur; Bestimmen einer Veränderung im Sollpunktsignal als Funktion der Umgebungstemperatur, wobei die Veränderung im Sollpunktsignal der Veränderung des einen oder der mehreren Merkmale entspricht; Empfangen eines Ausgangs des Temperaturfühlers (104) in einem ersten Leitungszweig einer Brückenschaltung; Empfangen eines Ausgangs des anderen Temperaturfühlers (116) in einem zweiten Leitungszweig einer Brückenschaltung; Koppeln der ersten und zweiten Leitungszweige der Brückenschaltung (108) an einen Verstärker (U5A) in der Brückenschaltung (108), so dass der Ausgang des Verstärkers auf der Basis der Kombination der Ausgänge der ersten und zweiten Leitungszweige der Brücke geregelt wird; Modifizieren der Temperaturregelungs-Rückkopplungsschleife, die den Verstärker und die ersten und zweiten Leitungszweige der Brückenschaltung (108) beinhaltet, um die Veränderung im Sollpunktsignal zu korrigieren, und dadurch die Veränderung des einen oder der mehreren Merkmale als Funktion der Umgebungstemperatur zu stabilisieren.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner beinhaltend das Bestimmen einer Veränderung in der optischen Ausgangsleistung der SLD Vorrichtung mit Berg auf die Umgebungstemperatur.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner beinhaltend das Bestimmen einer Veränderung im Sollpunktwiderstand eines Thermistors, wobei der Temperaturfühler einen Thermistor und das Sollpunktsignal einen Sollpunktwiderstand beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner beinhaltend das Abtasten einer Gehäusetemperatur eines die SLD Vorrichtung enthaltenden Gehäuses und das Benutzen der Gehäusetemperatur als Umgebungstemperatur, um die Veränderung im Sollpunktsignal durch Modifizieren der Temperaturregelungs-Rückkopplungsschleife zu korrigieren, wodurch die Veränderung des einen oder der mehreren Leistungsmerkmale als Funktion der Umgebungstemperatur stabilisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner beinhaltend das Anordnen eines Thermistors weitgehend neben dem die SLD Vorrichtung enthaltenden Gehäuse und das Benutzen eines mit dem Thermistor in der Temperaturregelungs-Rückkopplungsschleife verbundenen Widerstands, um die Veränderung im Sollpunktsignal zu korrigieren.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner beinhaltend den Schritt des Koppeln eines Endes (E2-2) des Temperaturfühlers an ein Ende (RTD2) des anderen Temperaturfühlers, um einen gemeinsamen Verbindungspunkt zu bilden, der an einen Eingang des Verstärkers gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner beinhaltend das elektrische Koppeln des Thermistors an eine Brückenschaltung innerhalb der Temperaturregelungs-Elektronik, um die Veränderung im Sollpunktsignal zu korrigieren.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner beinhaltend das Kombinieren von Unterstützungsschaltungen mit dem Thermistor in der Brückenschaltung derart, dass der mit den Unterstützungsschaltungen kombinierte Thermistor ein gewünschtes Widerstandsprofil aufweist.
System zum Stabilisieren einer oder mehrerer Leistungsmerkmale einer Superlumineszenz-Diode SLD Vorrichtung (102) mit Berg auf die Umgebungstemperatur, welche SLD Vorrichtung (102) (i) ein thermoelektrisches Kühlmodul TEC (114) zum Kühlen eines SLD Chip (105) und (ii) einen Sollpunkttemperaturfühler (104) zur Bereitstellung eines einer Sollpunkttemperatur entsprechenden Sollpunktsignals beinhaltet, wobei das TEC und der Temperaturfühler zusammen mit einer Temperaturregelungs-Elektronik eine Temperaturregelungs-Rückkopplungsschleife zum Einhalten der Sollpunkttemperatur innerhalb eines vorherbestimmten Temperaturbereichs bilden, ein Umgebungstemperaturfühler (116) weitgehend neben einem die SLD Vorrichtung (102) umgebenden Gehäuse (118) angeordnet ist, um ein die Umgebungstemperatur darstellendes Abtastsignal bereitzustellen, wobei das System gekennzeichnet ist durch: einen Verstärker (U5A), der einen Ausgang beinhaltet, der die vom TEC gelieferte Kühlung steuert und regelt; der Sollpunkttemperaturfühler (104) und der Umgebungstemperaturfühler (116) aneinander gekoppelt sind, um Teil einer Brückenschaltung (108) zu bilden, die an den Verstärker gekoppelt ist; die Brückenschaltung (108) an den Verstärker angeschlossen ist, so dass der Ausgang des Verstärkers (U5A) auf der Basis der Kombination der Ausgänge des Sollpunkttemperaturfühlers (104) und des Umgebungstemperaturfühlers (116) geregelt wird; die Brückenschaltung (108) und der Verstärker in Kombination eine Veränderung im Sollpunktsignal als Funktion der Umgebungstemperatur korrigieren und ein ausgeglichenes TEC Regelsignal am TEC bereitstellen.
System nach Anspruch 9, wobei der Sollpunkttemperaturfühler einen Thermistor enthält und das Sollpunktsignal einen Sollpunktwiderstand enthält.
System nach Anspruch 9, wobei der Umgebungstemperaturfühler einen Thermistor zum Abtasten einer Gehäusetemperatur des die SLD Vorrichtung enthaltenden Gehäuses enthält.
System nach Anspruch 11, wobei der Thermistor das die SLD Vorrichtung enthaltende Gehäuse physikalisch berührt.
System nach Anspruch 12, wobei der Thermistor an dem die SLD Vorrichtung enthaltenden Gehäuse befestigt ist.
System nach Anspruch 9, ferner umfassend einen Prozessorausführungscode, der auf algorithmischen Wege ein ausgeglichenes TEC Regelsignal als Funktion des Sollpunktsignals und der Umgebungstemperatur erzeugt.
System nach Anspruch 9, wobei ein Ende (E2-2) des Sollpunkttemperaturfühlers an ein Ende (RTD2) des Umgebungstemperaturfühlers gekoppelt ist, um einen gemeinsamen Verbindungspunkt zu bilden, der an einen Eingang des Verstärkers (U5A) gekoppelt ist.