波长稳定的激光源制造技术

提供一种集成的波长稳定的激光源，它包括激光二极管、与激光二极管进行热交换的温度稳定热泵以及至少一个检测器，它们被封装在气密封装内，所述封装包括用于使激光二极管发出的光传到封装外部的窗口。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及激光源或光源，具体地说，涉及稳定波长的激光源。本文通篇讨论波长的控制。根据本领域的标准术语，在此上下文中，术语“波长”的使用假定已知的传输媒体。再者，本专利技术将参考激光二极管所产生的激光来描述。但是，本专利技术还可以相应的方式应用于其它光源。许多申请要求激光源或光源提供稳定的波长。一个例子是气体检测仪器，其中必须提供激光源或光源并加以控制，以便提供对应于待检测气体的吸收谱线的稳定波长。如果所提供的光被吸收，则认为该气体存在的程度与被吸收的光的比例相当。如果所提供的光未被吸收，则认为该气体不存在。可以将各种吸收等级与目标气体的各级密度以及其中的光路长度相关。本专利技术将具体参照气体检测仪器来描述，但是本专利技术也适用于其它稳定波长的光源或激光源的应用，包括电信行业中重视对特定通信波长的精确调谐的应用。例如，光学测试装置如光谱分析仪、光传输/接收系统的波长参考或者密集波分复用(DWDM)系统中所用激光的波长校准。虽然现有一些气体检测仪器包括参考目标气体的特定吸收谱线的波长稳定激光二极管，但是这类仪器存在许多问题。在实现可靠的波长稳定性方面遇到难题。一些已知系统通过提供激光二极管的温度控制来解决这一问题。使激光二极管温度稳定可让激光二极管获得预期的波长稳定性。但是，激光二极管的温度控制，特别是在给二极管降温的意义上，已知会产生诸如大气中的水蒸汽冷凝在激光二极管以及相关的温度和控制装置上的问题。因此，本专利技术的目的是提供稳定波长的光源或激光源。本专利技术的另一个目的是提供一种充分消除水汽冷凝所产生的问题的源。本专利技术的又一个目的是提供一种集成的气体检测装置，它包括光源或激光源、波长稳定装置以及光或激光检测器，提供稳定波长的光并且充分消除了水汽冷凝所产生的问题。因此，本专利技术提供一种集成的波长稳定激光源，其中包括激光二极管；与所述激光二极管进行热交换的温度稳定热泵；以及至少一个检测器，封装在气密封装中，该封装包括让光从激光二极管透射到封装外部的窗口。热泵可用来调节激光二极管的工作温度，从而调节激光二极管发出的光的波长。该源还可以包括温度传感器，安排该传感器提供对所述热泵操作的主要控制。所述至少一个检测器包括监控检测器，为其定位以接收所述激光二极管发出的一部分激光。窗口的表面可以安排为将激光二极管发出的部分光反射到监控检测器。监控检测器可以安排为提供控制信号，用于控制所述激光二极管所产生的光的波长。气密封装可以含有气体样本，所述气体具有吸收谱线，可供监控检测器用来测量所述激光二极管所发出的光的波长。在此情况中，气密封装内部可以实质上填充气体样本。监控检测器可以包括暴露于所述气密封装内部的光传感器。或者，监控检测器可以包括装在盒子中的光传感器和气体样本。最好根据监控检测器的输出提供对热泵的辅助控制。来自监控检测器的控制信号可以安排为控制热泵的操作，从而通过调节激光二极管的工作温度来调节激光二极管发出的光的波长。作为替代或者补充，来自监控检测器的控制信号可以安排为控制供给激光二极管的工作电流的等级，从而调节激光二极管所发出的光的波长。至少一个检测器可包括信号检测器，安排该信号检测器监视通过窗口进入封装的入射光。本专利技术还提供一种结合根据本专利技术的源的气体监测产品。在此类气体监测产品中，气体样本可对应于气体监测产品所监测的气体，但情况不一定是这样。在根据本专利技术的气体监测产品中，激光可以从源发出，沿光路通过待监测气体，所述光路通过窗口返回到信号检测器，从而可以估计激光吸收情况，以便监测所述待监测气体的成分。本专利技术还提供一种包括所述源的波长参考装置。通过参考仅以示例方式给出的本专利技术特定实施例的以下描述以及附图，本专利技术的上述和其它目的、特征和优点会变得更加明显。图中附图说明图1表示根据本专利技术的一个实施例的激光源或光源；图2表示根据本专利技术的另一个实施例的激光源或光源；以及图3表示根据本专利技术的又一个实施例的激光源或光源。本专利技术采用创新的方法来封装光源或激光源。所采用的技术类似于电信业中采用的技术，而且提供一种明显优于已知技术的集成方法，其中包括将所需部件分别组装在一个仪器中。已知技术存在许多问题，其中包括水汽渗入和冷凝所引起的问题。图1表示根据本专利技术的一个实施例的光源或激光源。激光二极管10设为与珀耳帖热泵20热接触，并且配备驱动电流以产生激光。设置聚焦透镜18以使激光二极管10发出的光聚焦。还设有信号检测器22，用于检测入射光。这些部件全部封装在外壳25中。窗口30对于激光二极管10发出的波长是透明的，它设置在外壳25的一部分中，允许激光二极管发出的光通过聚焦透镜18之后离开该外壳，并允许入射光进入外壳以供信号检测器22检测。外壳25是气密封装，最好类似于电信业目前采用的并且根据该行业现有和已经设立的规定制造的。温度传感器12设置和安装在热泵20上，最好是在激光二极管10的附近。在本专利技术的某些实施例中，温度传感器是铂电阻温度计，但是也可以采用其它适当尺寸和灵敏度的热敏装置。温度传感器向温度控制装置(图中未表示)提供输出信号，从而提供主要反馈环路，以便通过热泵控制激光二极管的加热或降温。还可以设置辅助控制来“微调”激光二极管的温度，下文将予以讨论。根据本专利技术的一个方面，利用气密外壳25对必备部件进行封装，从而提供抵抗水的进入所需的回弹力，这些必备部件包括激光二极管10、温度稳定热泵20以及信号检测器22。重要的是外壳在密封时不含水。为此，可以在密封之前以干燥气体填充外壳。根据本专利技术的另一个方面，结合温度稳定部件、如珀耳帖热泵20提供精确的温度控制，从而提供所要求的波长选择和稳定性。最好还设置其它装置(图中未表示)以将预定的驱动电流提供给激光二极管。为了检测气体存在与否，必须发出波长对应于待检测气体的光谱的吸收谱线的光。如果不存在该气体，则所发出的光不会被吸收，而可能反射回到外壳25中而被检测器22检测到。如果存在该气体，则一部分光将被该气体吸收，而发射光相应减少后的部分被返回到检测器22。中等能级的气体提供中等能级的光(I)给检测器22，这是按照比尔-朗伯定律I＝IoExp(-sCd)，其中Io是通过气体样本之前的光强度，C是气体浓度，d是通过气体的光路长度，而s是该气体的吸收常数。本专利技术的集成光源或激光源适于结合到用于电信设备的气体监测产品中。为了成功地制造气体监测产品，激光二极管10的输出波长必须被精确控制到与目标(待测)气体的光谱的吸收谱线相符。因此，激光二极管10必须是非常精确地温度稳定(通常精确到0.1℃)。在本专利技术的所示实施例中，激光二极管的热控制是利用珀耳帖热泵20来实现的，它可用来根据环境温度按需要对激光二极管10降温或加热。图2表示本专利技术的第二实施例，其中将监控检测器40设在外壳25内。与参考图1所讨论的部件相对应的部件采用相应的参考标号。此检测器的输出提供一种确定且可靠地标识激光的工作波长的方式，可以通过更改激光二极管10的工作温度或所施加的驱动电流或者二者皆改来根据监控检测器40的输出控制激光，从而可以达到激光波长的精确控制。这使得可以生成比图1实施例可实现的波长更为稳定的波长。在工作时，激光二极管10提供的光通过透镜18聚焦并通过窗口30透出。因为窗口30的材料和外壳25内环境的材料之间折射率不同，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成的波长稳定的激光源，它包括：激光二极管（１０）；与所述激光二极管进行热交换的温度稳定热泵（２０）；以及至少一个检测器（２２；４０），它们被封装在气密封装（２５）中，所述气密封装（２５）包括用于使所述激 光二极管发出的光传到所述封装外部的窗口（３０）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S苏顿，NK赫齐斯，R斯特尔佐达，
申请(专利权)人：英国西门子公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]