л.диоды. Разработка системы управления длиной волны лазерного диода

• Название: Разработка системы управления длиной волны лазерного диода
• Дата: 19.11.2022
• Размер: 1.51 Mb.
• Имя файла: л.диоды.docx
• Тип: Документы; #799764
• страница: 3 из 12

1.3 Зависимость длины волны лазеров от температуры

Наиболее характерный пример зависимостей положения максимума в спектре их излучения (в дальнейшем для простоты будем называть его “длина волны”) от температуры λ(T) и тока инжекции λ(I) для одного из исследованных образцов лазера LDI H-DFB-1550-10P приведен на рис. 7 [11].



Рисунок 7-Типовые зависимости длины волны λ DFB-лазера от температуры Т (а)

Температурная зависимость длины волны одночастотных лазеров (рис. 7) в целом имеет квазилинейный характер и может быть описана уравнением

λ(T)= β(T)*T+ λ0

где β– температурный коэффициент зависимости длины волны от температуры λ0 – некоторое номинальное (паспортное) значение длины волны излучения.

Однако, как видно из рис. 7, температурный коэффициент длины волны β не является постоянной величиной и незначительно уменьшается с ростом температуры. Для оценочных расчетов можно воспользоваться линейной аппроксимацией этой зависимости

β(T)= χ*T+ β(0)

где χ – коэффициент нелинейности, имеющий размерность нм/°𝐶² β(0) – значение коэффициента β при Т = 0 °С.

Таким образом, зависимость длины волны излучения лазерного модуля от температуры носитквадратичный характер:

λ(T)= χ* +β(0).T+ λ0

Коэффициенты χ и β(0), а также рассчитанные по ним средние значения температурного

Коэффициента β длины волны для Т = 25 °С приводятся в табл. 1.

Табл.1. Температурные коэффициенты длины волны излучения DFBлазеров.



В целом, как видно из табл. 1, полученное значение температурного коэффициента β длины волны излучения одночастотных лазеров LFD и LDI находится в диапазоне 0,092–0,104 нм/°С, что близко к литературным данным, приведенным, например, в [1]. При этом коэффициент при квадратичном члене весьма мал (|χ| ≤ 0,0004 нм/°°𝐶²), поэтому в некоторых случаях нелинейностью температурной зависимости длины волны излучения можно пренебречь.



Рисунок 8- Зависимость мощности излучения и длины волны излучения DFB-лазера от температуры Т и тока инжекции I(сводная спектрограмма).

2. Элемент Пельтье

Специализированные лазеры с перестраиваемой длиной волны излучения пока не доступны на массовом рынке и имеют высокую стоимость, препятствующую их применению в ВОД. Наряду с этим существуют серийно выпускаемые полупроводниковые лазеры для систем телекоммуникаций со встроенным микрохолодильником Пельтье, в которых за счет поддержания постоянной температуры обеспечивается стабилизация длины волны излучения.

Элементом Пельтье называют термопару, иначе говоря, устройство изменяющее температуру и работающее в соответствии с одноимённым принципом Пельтье, то есть, демонстрируя разность температур, возникающую с момента подачи электроэнергии [2].



Рисунок 9-Элемент Пельтье

Принцип работы устройства пельтье

Элемент Пельтье функционирует благодаря взаимодействию одного токопроводящего материала с другим, отличным по энергетическому уровню электронов в проводящей области. Прохождение по такому каналу связи наделяет электрон большим энергетическим запасом, что после позволяет ему перейти в проводящую область с более высоким энергетическим уровнем. Поглощение этой энергии приводит к понижению температуры в точке соединения проводников. Когда же происходит обратное движение тока, контакт нагревает, что находит выражение в виде стандартного теплового эффекта.

При условии, что по одной стороне подключён теплоотвод, в момент эксплуатации радиаторной системы вторая сторона даёт сильное охлаждения (до десятков градусов ниже температурного уровня окружающей среды). Между величиной тока и степенью охлаждения наблюдается прямая зависимость. При смене полярности также меняются положениями стороны нагрева и охлаждения.

Когда элемент Пельтье взаимодействует с деталями, выполненными из металла, то оказываемый им эффект уменьшается во много раз, и температурный контраст становится мало заметен под действием разнообразных явлений, связанных с теплопроводностью цепи. По этой причине практическое применение подразумевает использование сразу двух полупроводников.

Сочетать термопары можно в любых количествах в пределах сотни, что делает возможным создание элемента Пельтье любой холодильной мощности.