一种半导体激光器制造技术

本实用新型专利技术涉及半导体器件技术领域，尤其是一种半导体激光器。它包括激光器主体、包括热敏电阻在内的温度传感器、半导体制冷器和温度控制器；温度控制器包括对输入半导体制冷器的电流进行修正的PI温度控制器、对半导体制冷器的工作温度进行设定的温度预设单元及对半导体制冷器进行启闭控制和限流保护的开关保护单元。本实用新型专利技术的控制系统类似于闭环控制系统，当外界环境温度或系统参数发生变化时，PI温度控制器可利用温度设定值与实际温度值之间的差量产生的修正控制量，达到消除温度偏差的效果，保证对激光器温度控制的准确性；同时，通过设置的开关保护单元来控制半导体制冷器的工作状态以及工作电流的限制性保护，可实现对此核心且昂贵的器件的充分保护。

A Semiconductor Laser

【技术实现步骤摘要】
一种半导体激光器
本技术涉及半导体器件
，尤其是一种半导体激光器。
技术介绍
周知，半导体激光器(又称激光二极管)是一种利用半导体材料作为工作物质的激光器，因其所具有的体积小、功耗低、效率高、波长易于调制等优点，在工业加工、精密测量、通讯、信息处理、医学、军事和科学技术研究等等诸多领域被广泛地应用。目前，典型的半导体激光器主要由温度控制器和半导体制冷器(即：TEC)构成，利用半导体制冷器采用帕尔贴效应进行工作的原理，通过温度控制器向半导体制冷器输入加热或制冷电流，以通过注入电流的方式来泵浦半导体制冷器进行制冷或制热工作(即：当通入不同方向的电流时，半导体制冷器会根据电流的方向发生吸收或放出热量的反应)，进而实现激光器的工作；因此，温度控制器将直接影响整个激光器工作的稳定性以及被控的准确性。然而，现有半导体激光器由于系统结构设计的不甚理想，导致其普遍存在如下问题：1、当外界温度或者系统参数发生变化时，温度控制器的设定值与半导体制冷器的实际温度值之间往往会出现偏差，由于激光器对温度极为敏感，这种温度偏差很容易增加温度控制器阈值电流、造成激射波长发生红移、缩短激光器使用寿命等等；2、半导体制冷器作为整个激光器中的一种易损且昂贵的核心元器件，由于缺少有效的保护措施，很容易损坏，进而影响激光器的整体性能及使用寿命。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本技术的目的在于提供一种半导体激光器。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种半导体激光器，它包括激光器主体、温度传感器、半导体制冷器和温度控制器；所述温度传感器包括热敏电阻，所述温度控制器包括一通过热敏电阻采集半导体制冷器的制冷面的实际温度以根据实际温度值与设定温度值之间的差量对输入半导体制冷器的电流进行修正的PI温度控制器、通过PI温度控制器对半导体制冷器的工作温度进行设定的温度预设单元以及通过PI温度控制器对半导体制冷器进行启闭控制和限流保护的开关保护单元；所述热敏电阻夹持于激光器主体与半导体制冷器的制冷面之间并与PI温度控制器的增益电阻连接引脚相连，所述温度预设单元的输出端与PI温度控制器的电压设置引脚相连，所述开关保护单元的输出端同时与PI温度控制器的制冷电流输入端和制热电流输入端相连，所述半导体制冷器串接于PI温度控制器的两个热电输出端之间。优选地，所述PI温度控制器包括一WTC3243型温度控制芯片，所述热敏电阻连接于温度控制芯片的SG引脚，所述温度预设单元的输出端连接于温度控制芯片的Vset引脚，所述开关保护单元的输出端同时与温度控制芯片的LIMA引脚和LIMB引脚相连，所述半导体制冷器串接于温度控制芯片的OUTA引脚和OUTB引脚之间。优选地，所述温度预设单元包括电压基准器、第一放大器、第二放大器和分压变阻器，所述第一放大器的输出端通过第一电阻连接PI温度控制器的电压设置引脚并同时与反相输入端相连、同相输入端通过第一电容接地并同时与分压变阻器的调节端相连，所述分压变阻器的一端接地、另一端连接电压基准器的负极稳压端并通过连接限流电阻作为温度预设单元的电源输入端，所述电压基准器的正极稳压端接地、反馈端通过第二电阻接地并同时通过第三电阻连接负极稳压端、负极稳压端同时通过第二电容接地；所述第二放大器的输出端作为温度预设单元的电压监测端并同时与反相输入端相连、同相输入端通过第三电容接地并通过第四电阻连接PI温度控制器的电压设置引脚。优选地，所述电压基准器包括一LM4041型电压基准芯片，所述第一放大器和/或第二放大器为OP747型运算放大器。优选地，所述开关保护单元包括第一电压比较器、第一晶体管、第二晶体管和启闭开关，所述第一电压比较器的输出端通过连接第一分压电阻作为开关保护单元的电源输入端、通过第二分压电阻连接第一晶体管的基极、通过第三分压电阻连接第二晶体管的基极，所述第一晶体管的发射极接地、集电极连接PI温度控制器的制冷电流输入端并同时通过顺序串接的第五电阻和第一变阻器接地，所述第二晶体管的发射极接地、集电极连接PI温度控制器的制热电流输入端并同时通过顺序串接的第六电阻和第二变阻器接地，所述第一电压比较器的同相输入端通过启闭开关接地。优选地，所述开关保护单元还包括第二电压比较器、第三晶体管、稳压二极管和发光二极管，所述第二电压比较器的反相输入端连接第一电压比较器的反相输入端、同相输入端连接第一电压比较器的同相输入端、输出端连接第三晶体管的基极并通过连接的稳压二极管作为开关保护单元的电源输入端，所述第三晶体管的发射极通过第七电阻连接开关保护单元的电源输入端、集电极通过发光二极管接地。优选地，所述第一电压比较器和/或第二电压比较器均LM393型双电压比较器，所述第一晶体管和第二晶体管均为NPN型晶体管，所述第三晶体管为PNP型晶体管。由于采用了上述方案，本技术的控制系统类似于闭环控制系统，当外界环境温度或系统参数发生变化时，PI温度控制器可利用温度设定值与实际温度值之间的差量产生的修正控制量，达到消除温度偏差的效果，保证对激光器温度控制的准确性；同时，通过设置的开关保护单元来控制半导体制冷器的工作状态以及工作电流的限制性保护，可实现对此核心且昂贵的器件的充分保护；其系统结构简单、稳定性及可控性强、使用寿命长，具有很强的实用价值和市场推广价值。附图说明图1是本技术实施例的控制原理拓扑图；图2是本技术实施例的PI温度控制器的外围电路结构参考图；图3是本技术实施例的温度预设单元的电路结构参考图；图4是本技术实施例的开关保护单元的电路结构参考图。具体实施方式以下结合附图对本技术的实施例进行详细说明，但是本技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。如图1至图4所示，本实施例提供的一种半导体激光器，它包括激光器主体a、温度传感器b、半导体制冷器c和温度控制器d；温度传感器c包括夹持于激光器主体a与半导体制冷器c的制冷面之间的热敏电阻Rm，三者之间可利用诸如热导膏或热导胶等导热材料来消除相互间的空气间隙；温度控制器d则包括PI温度控制器d1、温度预设单元d2和开关保护单元d3；其中：温度预设单元d2的输出端与PI温度控制器d1的电压设置引脚相连以通过PI温度控制器d1对半导体制冷器c的工作温度进行设定；开关保护单元d3的输出端同时与PI温度控制器d1的制冷电流输入端和制热电流输入端相连以通过PI温度控制器d1对半导体制冷器c进行启闭控制和限流保护；半导体制冷器c串接于PI温度控制器d1的两个热电输出端之间以受PI温度控制器d1的调控，从而输出预设波长的激光束；PI温度控制器d1的增益电阻连接引脚与热敏电阻Rm相连，以通过热敏电阻Rm直接采集半导体制冷器c的制冷面的实际温度，从而根据实际温度值与设定温度值之间的差量对输入半导体制冷器c的电流进行修正。由此，利用PI温度控制器d1所具有的线性比例积分控制功能(即：PI控制功能)，使其能够通过热敏电阻Rm从激光器主体a上采集实际工作温度值后与经由温度预设单元d2所设定的温度值进行误差计算，从而根据误差信号来产生相应的控制量(即：电流量及电流方向)并将控制量送入半导体制冷器c以控制半导体制冷器c进行相应的制冷制热工作；由于整个激光器的控制系统类似于闭环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体激光器，它包括激光器主体、温度传感器、半导体制冷器和温度控制器；其特征在于：所述温度传感器包括热敏电阻，所述温度控制器包括一通过热敏电阻采集半导体制冷器的制冷面的实际温度以根据实际温度值与设定温度值之间的差量对输入半导体制冷器的电流进行修正的PI温度控制器、通过PI温度控制器对半导体制冷器的工作温度进行设定的温度预设单元以及通过PI温度控制器对半导体制冷器进行启闭控制和限流保护的开关保护单元；所述热敏电阻夹持于激光器主体与半导体制冷器的制冷面之间并与PI温度控制器的增益电阻连接引脚相连，所述温度预设单元的输出端与PI温度控制器的电压设置引脚相连，所述开关保护单元的输出端同时与PI温度控制器的制冷电流输入端和制热电流输入端相连，所述半导体制冷器串接于PI温度控制器的两个热电输出端之间。

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器，它包括激光器主体、温度传感器、半导体制冷器和温度控制器；其特征在于：所述温度传感器包括热敏电阻，所述温度控制器包括一通过热敏电阻采集半导体制冷器的制冷面的实际温度以根据实际温度值与设定温度值之间的差量对输入半导体制冷器的电流进行修正的PI温度控制器、通过PI温度控制器对半导体制冷器的工作温度进行设定的温度预设单元以及通过PI温度控制器对半导体制冷器进行启闭控制和限流保护的开关保护单元；所述热敏电阻夹持于激光器主体与半导体制冷器的制冷面之间并与PI温度控制器的增益电阻连接引脚相连，所述温度预设单元的输出端与PI温度控制器的电压设置引脚相连，所述开关保护单元的输出端同时与PI温度控制器的制冷电流输入端和制热电流输入端相连，所述半导体制冷器串接于PI温度控制器的两个热电输出端之间。2.如权利要求1所述的一种半导体激光器，其特征在于：所述PI温度控制器包括一WTC3243型温度控制芯片，所述热敏电阻连接于温度控制芯片的SG引脚，所述温度预设单元的输出端连接于温度控制芯片的Vset引脚，所述开关保护单元的输出端同时与温度控制芯片的LIMA引脚和LIMB引脚相连，所述半导体制冷器串接于温度控制芯片的OUTA引脚和OUTB引脚之间。3.如权利要求1或2所述的一种半导体激光器，其特征在于：所述温度预设单元包括电压基准器、第一放大器、第二放大器和分压变阻器，所述第一放大器的输出端通过第一电阻连接PI温度控制器的电压设置引脚并同时与反相输入端相连、同相输入端通过第一电容接地并同时与分压变阻器的调节端相连，所述分压变阻器的一端接地、另一端连接电压基准器的负极稳压端并通过连接限流电阻作为温度预设单元的电源输入端，所述电压基准器的正极稳压端接地、反馈端通过第二电阻接地并同时通过第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冬英，
申请(专利权)人：陈冬英，
类型：新型
国别省市：江西,36