【应用】采用多级热电制冷片控制半导体激光二极管的温度

时间： 2019-02-19 来源：II-VI Marlow

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目前电信行业通常采用密集波分复用系统(DWDM)来提高光纤传输的带宽和数据量，即在同一条光纤电缆中传输不同波长的波。半导体激光二极管由于具有波长范围宽、成本低、体积小和寿命长等特点，在DWDM系统中被广泛的使用。但半导体激光二极管对温度敏感（如图1所示），温度每升高1℃发光强度会相应地减少1%左右；另外发光波长随温度变化为0.2-0.3nm/℃，温度的上升可能造成无法正确的解析接收到的信号。常规民用的激光二极管通常工作在室温环境下，我们需要将激光二极管控制在室温下某一点温度±0.1℃之内。

图1 温度上升导致激光二极管输出功率下降

为了达到给激光二极管降温，并满足结构和体积的要求，通常选择给激光二极管贴装热电制冷片（如下面图2所示，在散热片和导热绝缘片之间贴装半导体制冷片），并采用温度闭环控制动态调整制冷和制热量（如图3所示，采用MCU控制制冷片来调节激光二极管的温度），以保证其工作在目标温度范围内。

图2 激光二极管贴装热电制冷片

图3 激光发生器恒温控制系统

II-VI MARLOW是全球领先的高品质热电半导体制冷片生成商，其生产的制冷片可在-100℃~100℃范围内的精准控温；尺寸从1.5mm到62mm可选择，并可定制，在20℃~95℃温度范围内能够达到上百万次循环，并且该公司生产的多级热电制冷片可以提供更高更快的热抽吸能力。

图4 两级制冷片NL2022

以NL2022T-01AC两级制冷片为例，其最大的∆T值89°C（干燥的、纯氮气环境），最大产冷量Q_max 0.44W，最大电流I_max1.4A（27℃），最大电压V_max 0.8-1.0V，交流电阻0.56Ω。在通讯行业中，光纤通信用的半导体激光器功率一般几个毫瓦，发热量不高，通常是多个器件组合成阵列来使用。采用II-VI Marlow公司的2级制冷片给激光器控温，可以达到更加精确的温度控制效果。如下图所示，两级恒温控制电路比一级恒温控制电路温度波动小，测试曲线更加平坦。

图5 采用两级制冷片与单级制冷片的制冷效果对比

多级制冷片特点

l 符合ROHS EU标准

l 比单级更高的热泵能力

l 可靠性高

l 局部化，点冷却和精确温度控制

l 没有声学或电气噪音

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konglinghuan Lv5. 技术专家 2019-10-23

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鹏鹏 Lv7. 资深专家 2019-02-19

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鄗立恒 Lv8. 研究员 2019-02-19

学习了。
周鑫 Lv8. 研究员 2019-02-19

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棒棒猫 Lv6. 高级专家 2019-02-19

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沉浮 Lv7. 资深专家 2019-02-19

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好运常伴吾 Lv8. 研究员 2019-02-19

很好学习了

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