光纤激光器中热电冷却器温度控制器工作原理

时间:2022-04-12 10:23来源:作者: 点击:
------分隔线----------------------------

摘要:0.1nm /°C的斜率意味着虽然温度有助于调整激光波长,但一旦激光达到峰值,它就不能改变。通常,需要0.1°C的温度控

关键字:光纤,激光器,热电,冷却器,温度,控制器,工作,原理

对增加带宽的持续需求导致部署基于光纤的网络。由固态激光器驱动的光纤线路具有非常高的信息密度。诸如DWDM(密集波分复用)​​的高度打包的数据方案利用多个激光器驱动光纤以获得大的多通道数据流。窄通道间隔依赖于激光波长控制在0.1nm(纳米)以内。激光能够做到这一点,但温度变化会影响操作。图1绘制了典型的激光波长与温度的关系图。 0.1nm /°C的斜率意味着虽然温度有助于调整激光波长,但一旦激光达到峰值,它就不能改变。通常,需要0.1°C的温度控制才能使激光器工作在0.1nm以内。

 

 光纤激光器中热电冷却器温度控制器工作原理

 

温度控制器要求

温度控制器必须满足一些不寻常的要求。 1 最值得注意的是,由于环境温度变化和激光器操作的不确定性,控制器必须能够提供或移除热量以保持控制。基于Peltier的热电冷却器(TEC)允许这样做,但控制器必须是真正的双向。它的热流控制在“热到冷”过渡区域不得有死区或不良动态。此外,温度控制器必须是一个精密设备,能够在0.1°C内保持良好的控制时间和温度变化。

基于激光的系统封装结构紧凑,需要小尺寸的解决方案,有效操作以避免过热耗散。

最后,控制器必须使用单个低压电源工作,并且其(可能是开关模式)操作不得使噪声损坏电源。

温度控制器详细信息

图2,热电冷却器(TEC)温度控制器的示意图,包括三个基本部分。 DAC和热敏电阻形成一个桥,其输出由A1放大。 LTC1923控制器是一个脉冲宽度调制器,可为功率输出级提供适当的调制和相位驱动。激光器是一种电气微妙且非常昂贵的负载。因此,控制器提供各种监控,限制和过载保护功能。这些包括软启动和过流保护,TEC电压和电流检测以及“越界”温度检测。异常操作导致电路关闭,防止激光模块损坏。另外两个功能可提升系统级兼容性。基于锁相环的振荡器允许多激光器系统中多个LTC1923的可靠时钟同步。最后,向TEC的开关模式功率输送是有效的,但是需要特别考虑以确保不将开关相关噪声引入(“反射”)到主机电源中。 LTC1923具有边沿压摆限制功能,可通过减慢功率级的转换时间来最大限度地减少与开关相关的谐波。这大大降低了高频谐波含量,防止过多的开关相关噪声破坏电源或激光。 2 开关模式功率输出级,一种“H桥”型,允许高效的双向驱动TEC,允许加热或冷却激光。热敏电阻,TEC和激光器,在激光器模块内制造时封装,紧密热耦合。

 

 光纤激光器中热电冷却器温度控制器工作原理

 

DAC允许将温度设定点调整到任何单个激光器的最佳工作点,通常为每个激光器指定。控制器增益和带宽调整可优化热回路响应,以获得最佳温度稳定性。

热回路考虑因素

高性能温度控制的关键是将控制器的增益带宽与热反馈路径相匹配。从理论上讲,使用传统的伺服反馈技术来做这件事很简单。实际上,热系统中固有的长时间常数和不确定的延迟是一个挑战。伺服系统和振荡器之间的不幸关系在热控制系统中非常明显。

热控制回路可以非常简单地建模为电阻器和电容器网络。电阻器相当于热阻,电容器相当于热容量。在图3中,TEC,TEC传感器接口和传感器都具有RC因子,这些因素导致系统响应能力的集中延迟。为防止振荡,必须限制增益带宽以解决此延迟。由于高增益带宽对于良好控制是理想的,因此应该最小化延迟。这可能是激光模块在制造时的供应商所解决的。

 

 光纤激光器中热电冷却器温度控制器工作原理

 

该模型还包括受控环境与不受控制的环境之间的绝缘。绝缘的作用是保持损耗率,使温度控制装置能够跟上损耗。对于任何给定的系统,TEC传感器时间常数与绝缘时间常数之间的比率越高,控制回路的性能越好。 3

温度控制回路优化

温度控制回路优化始于激光模块的热特性。上一节强调了TEC传感器与绝缘时间常数之比的重要性。确定该信息可以实现可实现的控制器增益带宽。图4显示了典型激光模块在环境温度下经历40°C阶跃变化时的结果。激光模块的内部温度由其热敏电阻监控,与TEC无动力时间对时间作图。以分钟为单位测量的环境到传感器滞后显示了经典的一阶响应。

 

 光纤激光器中热电冷却器温度控制器工作原理

 

【光粒网综合报道】( 责任编辑:weixiang )
顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
------分隔线----------------------------

凡光粒网注明"来源:光粒网"或"来源:www.diodelaser.com.cn"的作品,包括但不限于本网刊载的所有与光粒网栏目内容相关的文字、图片、图表、视频等网上内容,版权属于光粒网和/或相关权利人所有,任何媒体、网站或个人未经光粒网书面授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品;已经书面授权的,应在授权范围内使用,并注明"来源:光粒网"。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。

【免责申明】本文仅代表作者个人观点,与光粒网无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实,对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容。

Copyright  ©  2010-2018 diodelaser.com.cn Inc. All rights reserved.光粒网 版权所有
鄂ICP备11013139号-2

鄂公网安备 42018502002510号