[发明专利]光源驱动电路温控性能检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光源驱动电路检测装置，具体涉及一种光源驱动 电路温控性能检测装置。

背景技术

光源是光纤传感器和光放大器等的关键器件，以半导体激光器为 例，具有转换效率高、体积小、重量轻、可靠性高、能直接调制及与 其它半导体器件集成能力强等特点，在光纤传感、光放大、光通信、 激光雷达、光谱测试等领域都有着广泛的应用。光源的性能尤其是稳 定性直接影响到光纤传感器的灵敏度和测试精度，光放大器的噪声系 数和稳定性，光通信的误码率，激光雷达的测距精度和光谱测试的准 确度等性能。因此，保持光源的稳定性，尤其是其在工作时和外界温 度变化情况下光功率和输出波长的稳定性，具有重要意义。

温度的变化对光源输出功率的稳定性和输出波长的稳定性有着 很大的影响。以半导体激光二极管为例。环境温度的波动和管芯工作 引起的温度变化不仅会引起供给电流的波动，还会使激光器的阈值电 流、量子效率、输出波长和输出功率等都发生很大的变化。对于光源 在任何领域的应用，总是希望它能长期稳定地工作，因此对光源的恒 温控制就显得极为重要。

目前的温控电路一般通过恒温控制芯片来实现。其中，光源作为 被控对象，不同的被控对象具有不同的数学模型，在通过固定的控制 算法(如常规PID控制算法)驱动控制器(即恒温控制芯片和光源内 部的热电制冷器)工作，要达到稳定的控制所对应的控制算法内的参 数配置会发生变化，如PID控制中P、I、D参数可能发生变化，对 应于恒温控制芯片外围电阻和电容的配置值也需要随之改变。另外， 输出给热电制冷器(TEC)的驱动电流也可能因为电路的不稳定而过 大，从而对热电制冷器造成损坏。因此，需要对给光源配套的驱动电 路中的温控模块进行检测，确保其工作正常以及对于该光源的适用 性。

现有的光源板温控电路性能测试系统一般需要光源、温箱或光 源、外置半导体制冷器及其驱动电路来实现，结构复杂，操作不便， 可靠性差，且由于需要使用光源，易于造成光源在测试过程中的耗损 甚至损坏。

现有技术中基于光源和外置半导体制冷器及其驱动电路构建的 光源板温控性能检测系统的原理框图如图1的虚线框内结构所示。根 据珀尔帖效应，通过给外置半导体制冷器分别施加正向和反向的电流 可以改变半导体制冷器冷端的温度分别为制冷状态和加热状态。此 时，光源内部的热敏电阻会随着光源温度的变化(上升或下降)而变 化(上升或下降)，反映到桥式电路中出现电桥不平衡，该不平衡电 压被恒温控制芯片采集并通过固定的控制算法进行控制，其中输出的 加热(或制冷)电流通过TEC+与TEC-接线端供给光源内部的热电制 冷器来实现控制。当反馈回的误差进入稳态误差带后，可以认为光源 的温度基本保持恒定，此时光源内部热敏电阻阻值基本保持恒定，维 持在初值的一个稳态误差带内，表现为桥路回复平衡，即实现了光源 的恒温控制。通过监测光源内部热敏电阻阻值是否在初值的误差带内 即可监测光源板温控性能是否正常。

该技术的缺点在于：结构复杂，操作不便，可靠性差，显示不够 直观，且在测试过程中需使用光源，易于造成光源在测试过程中的耗 损甚至损坏。由于半导体制冷器制冷效率的限制，为了检测摄氏零度 以下的温控性能，有时需要将几个半导体制冷器串联起来提高其制冷 效率。上面的缺陷影响了该技术在实际中的广泛应用。

现有技术中基于光源和温箱构建的光源板温控性能检测系统与 基于光源和外置半导体制冷器及其驱动电路构建的光源板温控性能 检测系统类似，区别仅在于将外置半导体制冷器及其驱动电路换成了 温箱。

该技术的缺点在于：结构复杂，操作不便，可靠性差，显示不够 直观，且在测试过程中需使用光源，易于造成光源在测试过程中的耗 损甚至损坏。在对温控性能检测要求变温范围较宽时无疑也对温箱提 出了较高要求，这就增加了检测的成本和不便。上面的缺陷严重影响 了该技术在实际中的广泛应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有光源驱动电路温控性能测试系统操作不便和易于 损坏光源等缺点，本发明提出了一种数字化模拟环境变温和光源功能 的新型光源驱动电路温控性能检测装置，通过数字化模拟环境变温或 管芯负载工作状态(产生桥路误差)、数字化模拟光源内部TEC加热 制冷来实现数字化监测温控电路的动态控制效果，并给出直观的显 示。

(二)技术方案