【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于精密半导体激光器领域，具体涉及一种外腔激光器二级控温的结构和方法。
技术介绍
1、半导体精密激光器是量子物理、精密测量领域的上游技术，为量子计算、量子通信、量子传感、冷原子物理等新兴领域的发展起到了支撑作用。常用半导体精密激光器的激光管主要包括：dfb激光管(distributed feedback laser，分布式反馈激光管)，ecdl激光管(external-cavity diode laser，可调谐外腔半导体激光管)等。其中dfb激光管的稳定性较好，频率连续调谐范围大，没有跳模点，但是线宽通常只能达到几百khz至mhz量级；ecdl激光管输出的激光单色性较好，线宽较窄可以达到100khz及以下，但易受到环境干扰，出现跳模，难以在一般环境下长期连续稳定工作。
2、通常情况下，在激光稳定性优先的应用中主要使用dfb激光管，在性能优先的应用中主要使用ecdl激光管。但随着各类量子技术的进步和发展：
3、1)在部分量子传感仪器当中，dfb激光管的频率噪声已经成为了限制仪器指标进一步提升的主要因素；
4、2)在部分量子传感实验当中，ecdl激光管的环境敏感性(主要是温度敏感性)成为了限制系统集成化、小型化的主要因素；
5、3)在部分科学探索型的量子物理实验室，为实现ecdl激光管的连续稳定运行，需要实现更好的隔离和环境控制。
6、在实际应用当中，产生了对激光的线宽和稳定性更高的需求，因此需要有稳定性和单色性皆优的半导体精密激光器。
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1、本专利技术提出了一种半导体激光器的二级控温结构与方法，用于隔离常用蝶形封装(butterfly package)半导体激光器温度与外界环境温度的变化，降低半导体激光器对外界温度波动的敏感性，实现了半导体激光器频率、功率和可靠性能的提升。
2、本专利技术采用的技术方案概括来讲：
3、1、将激光管通过可导热的不锈钢螺丝穿过激光管安装孔，将激光管固定在基座上；激光管的基座采用导热系数良好的不锈钢材质；基座的下方通过导热硅脂贴合连接大小合适的制冷硅片；整个激光器通过基座将制冷硅片夹在基座和光学平板之间，并利用激光器定位孔安装在光学平板上；基座的四个激光器定位孔当中各自使用一个塑料垫圈，用以隔绝定位螺丝与激光器基座之间的热交换；基座的中心处有一凹槽，安装有一个热敏电阻，用于实时测量激光器基座，同时也是激光管外壳的温度；整个激光器外壳采用硬塑料，用来隔绝空气流通减少热交换。
4、2、激光器控制线共有5对：其中3对与一般精密半导体激光器相同，分别是：激光器电流输入与输出；一级控温输入与输出；激光管核心热敏电阻的两个引脚；激光器二级控温多引入了2对，分别是：二级控温输入与输出；激光管基座热敏电阻的两个引脚。
5、3、激光器的驱动控制电路当中，除原有的激光管控温电路和激光电流驱动电路外，增加一路二级控温电路，该电路采用实时反馈控制的方式，通过安装于激光管基座的热敏电阻测量激光管基座的温度，与设定温度实时比较，进而设置激光管基座与光学平板之间制冷硅片的电流，实现热量搬运，使得激光器外壳温度与设定温度相同。
6、4、激光器驱动控制电路由一个单片机进行程序控制，不同的激光管拥有不同的温度工作点(在此温度下，激光器输出频率对应于该波段的原子跃迁频率)。激光器的一级控温在正常工作时会将激光管核心温度控制在温度工作点附近，激光器二级控温的设定温度在一级控温设定温度和室温(一般取25℃，可手动设置)之间。
7、本专利技术的技术方案为：
8、一种半导体激光器的二级控温结构，其特征在于，包括组装结构和激光器二级控温电路，其中，所述组装结构包含基座、制冷硅片、塑料垫圈、隔离罩和二级控温热敏电阻；所述基座的顶端上设有激光管安装孔、激光器定位孔和热敏电阻安装槽，所述基座的底端设有制冷硅片安装槽；
9、所述激光管安装孔用于与不锈钢螺丝配合将激光管导热连接在所述基座上；
10、所述激光器定位孔用于与不锈钢螺丝配合将所述基座固定至光学平板上，所述激光器定位孔内设有所述塑料垫圈，用于阻挡所述基座与所述激光器定位孔内不锈钢螺丝之间的热传导；
11、所述热敏电阻安装槽用于安装所述二级控温热敏电阻，所述二级控温热敏电阻用于测量所述基座的温度；
12、所述制冷硅片安装槽用于安装所述制冷硅片，所述制冷硅片用于控制所述基座的温度；
13、所述基座位于所述隔离罩内，所述隔离罩用于减少所述基座及激光管与外界的热交换；所述隔离罩上设有通光孔，用于输出所述激光管发射的激光；
14、所述激光器二级控温电路包括温度测量单元、温度设定单元、比较器、低通滤波器和制冷硅片电流驱动器；所述温度测量单元与所述二级控温热敏电阻连接，所述制冷硅片电流驱动器与所述制冷硅片连接；
15、所述温度测量单元用于通过测量所述二级控温热敏电阻的电压计算获得所述二级控温热敏电阻的温度并输出至所述比较器；
16、所述温度设定单元用于根据激光器的一级控温温度和设定的环境温度，确定激光器的二级控温的目标温度并输出至所述比较器；
17、所述比较器用于通过比较所述二级控温热敏电阻的温度与二级控温的目标温度，生成温度控制误差信号；
18、所述低通滤波器用于对所述温度控制误差信号进行滤波，生成误差信号；
19、所述制冷硅片电流驱动器用于根据所述误差信号驱动电流正向或者反向通过所述制冷硅片，实现热量在所述基座与所述光学平板之间的传输。
20、进一步的，所述制冷硅片通过导热硅脂安装在所述制冷硅片安装槽内。
21、进一步的，所述基座为不锈钢基座。
22、进一步的，所述隔离罩为硬塑料隔离罩。
23、进一步的，所述隔离罩包括两端开口的罩桶和罩盖，所述罩桶的顶端开口与所述罩盖连接。
24、一种基于所述二级控温结构的半导体激光器二级控温方法，其步骤包括：
25、1)所述温度测量单元通过测量所述二级控温热敏电阻的电压计算获得所述二级控温热敏电阻的温度tr并输出至所述比较器；
26、2)所述温度设定单元用于根据激光器的一级控温温度和设定的环境温度，确定激光器的二级控温的目标温度ts并输出至所述比较器；
27、3)所述比较器通过比较目标温度ts和温度tr生成误差信号et并输入所述低通滤波器；
28、4)所述低通滤波器对所述温度控制误差信号进行滤波，生成误差信号并输入所述制冷硅片电流驱动器；
29、5)所述制冷硅片电流驱动器根据所述误差信号驱动电流正向或者反向通过所述制冷硅片，实现热量在所述基座与所述光学平板之间的传输，使得所述基座的温度与目标温度ts相同并稳定。
30、本专利技术激光器的二级控温结构包括二级控温激光器的组装结构、基于单片机的激光器二级控温电路。
31、所述的二级控温激光器的组本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种半导体激光器的二级控温结构，其特征在于，包括组装结构和激光器二级控温电路，其中，
2.根据权利要求1所述的二级控温结构，其特征在于，所述制冷硅片通过导热硅脂安装在所述制冷硅片安装槽内。
3.根据权利要求2所述的二级控温结构，其特征在于，所述基座为不锈钢基座。
4.根据权利要求1或2或3所述的二级控温结构，其特征在于，所述隔离罩为硬塑料隔离罩。
5.根据权利要求1或2或3所述的二级控温结构，其特征在于，所述隔离罩包括两端开口的罩桶和罩盖，所述罩桶的顶端开口与所述罩盖连接。
6.一种基于权利要求1所述二级控温结构的半导体激光器二级控温方法，其步骤包括：
【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器的二级控温结构，其特征在于，包括组装结构和激光器二级控温电路，其中，
2.根据权利要求1所述的二级控温结构，其特征在于，所述制冷硅片通过导热硅脂安装在所述制冷硅片安装槽内。
3.根据权利要求2所述的二级控温结构，其特征在于，所述基座为不锈钢基座。
4.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺轩，杨仕锋，齐向晖，王青，陈徐宗，
申请(专利权)人：昆山拉姆齐光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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