一种基于热敏电阻的超辐射发光二极管的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于热敏电阻的超辐射发光二极管，由半导体制冷器3和位于所述半导体制冷器3上端面的热沉基底6构成，所述热沉基底6的上端面设置有探测器1、超辐射发光管芯2、热敏电阻4和透镜光纤5，所述探测器1、超辐射发光管芯2和透镜光纤5位于同一轴线上，所述热敏电阻4为两个并且对称分布在所述超辐射发光管芯2的两侧，能够更精准的反应激光管芯位置温度变化，并能够通过控温实现对管芯更精确的温度控制，提高光源波长的温度稳定性以提高传感系统的测量精度。
【专利说明】一种基于热敏电阻的超辐射发光二极管
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超辐射发光二极管，具体涉及一种基于热敏电阻的超辐射发光二极管。
【背景技术】
[0002]超福射发光二极管(Super luminescent D1de, SLD)是一种自发福射的单程光放大器件，其管壳内部的组件包括超辐射发光管芯、热沉基底、半导体制冷器和热敏电阻、金丝电极、探测器及透镜光纤等。管芯发出的宽带光通过与光纤透镜耦合，将其发射光耦合入传导光纤，实现光输出。通常来说，半导体发光器件的输出光谱随管芯的温度变化会发生漂移，比如当温度升高时，其输出光谱会向长波长漂移，当温度降低时，则相反。热敏电阻阻值与超辐射发光管温度具有一定的对应关系，热敏电阻阻值的变化就反应了发光管温度的变化，通过调节半导体制冷器的工作电流就可以改变超辐射发光管的工作温度，通过外电路实现对器件的温控。
[0003]对超辐射发光二极管来说，代表宽带光谱重心的平均波长随管芯温度的变化率一般为400ppm/°C，通过增加热敏电阻监测管芯温度，能够通过硅制冷器实现热敏电阻的温度控制精度在0.1°C之内。如果热敏电阻处的温度能够充分精确的反应管芯的温度，那么通过控温整个发光器件的平均波长变化应该在40ppm之内。然而，实际上超辐射发光二极管的平均波长变化即使在控温条件下也在几百ppm量级，大大超出了其理论应该能够达到的精度。这就说明热敏电阻的温度并不能完全正确的反应管芯的温度。宄其原因，这主要是因为热敏电阻本身具有一定的体积，其虽然可以通过靠近放置在管芯旁边，但是在较小的热沉上也不能保证两处的温度的一致性，这样我们就无法实现管芯温度的精确控制，从而大大影响了整个发光管的光谱随温度的稳定性。如果能够更精确得到超辐射发光管芯的温度变化，就可以将发光管的温度变化控制在非常小的范围内，而实际中仅采用一个热敏电阻放置于管芯的一侧，很难准确得到发光管温度的变化，对光源的温度稳定性影响很大。
[0004]SLD光源是干涉型光纤传感中的常用的光源器件，其波长的稳定性直接影响着传感物理量的测量精度，光源的稳定性已经成为限制光纤传感(比如光纤陀螺)精度提高的重要因素。在实际应用中，人们已经采用了很多方法来提高SLD光源的温度控制精度，例如，采用数字化控制的驱动电路，设计数字温控电路等，不仅实现了自动化，也具有很高的控制精度，然而，发光管的温度是通过光源中的热敏电阻感知的，热敏电阻阻值变化会使驱动电路实现对器件对温度的控制。如果热敏电阻不能精确感知发光管的温度，就无法对发光管进行精确的温度控制。
[0005]因此需要提供一种超辐射发光二极管，来准确的反应发光管温度的变化，更精准的将发光管芯的温度变化控制在更小的范围内。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明提供一种基于热敏电阻的超辐射发光二极管，所述发光二极管管壳内部由半导体制冷器和位于所述半导体制冷器上端面的热沉基底构成，所述热沉基底的上端面设置有探测器、超辐射发光管芯、热敏电阻和透镜光纤，所述探测器、超辐射发光管芯和透镜光纤位于同一轴线上，所述热敏电阻为两个并且对称分布在所述超辐射发光管芯的两侧。
[0007]优选地，所述热敏电阻为片状热敏电阻。
[0008]优选地，所述热敏电阻包括:热敏电阻素体，具有在第一方向上彼此相对的第一主面和第二主面；第一电极和第二电极，分布在所述热敏电阻素体的所述第一主面，在与所述第一方向正交的第二方向上彼此分离而配置；第三电极，分布在所述热敏电阻素体的所述第二主面，以从所述第一方向看与所述第一电极和所述第二电极重叠的方式配置。
[0009]优选地，所述第二方向上的所述第一电极与所述第二电极的沿面距离设定为比所述第二方向上的所述第一电极与所述第二电极的空间距离大。
[0010]优选地，在所述第一主面上的所述第一电极与所述第二电极之间的区域，形成有凹凸。
[0011]优选地，在所述第一主面上的所述第一电极与所述第二电极之间的区域，形成有沿着与所述第二方向交叉的方向延伸的槽。
[0012]优选地，从所述第一方向看，所述第一主面位于所述第二主面的外轮廓的内侧，所述第一电极和第二电极位于所述第三电极的外轮廓的内侧。
[0013]优选地，所述热沉基底由钨铜材料制成。
[0014]本发明的有益效果为:
[0015]本发明公开了一种基于热敏电阻的超辐射发光二极管，通过将热敏电阻为两个并且对称分布在所述超辐射发光管芯的两侧，能够更精准的反应激光管芯位置温度变化，并能够通过控温实现对管芯更精确的温度控制，提高光源波长的温度稳定性以提高传感系统的测量精度，并且本发明中的热敏电阻为电阻值的偏差小的高精度的片状热敏电阻，更进一步地提高了温度控制的精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0017]图1为本发明基于热敏电阻的超辐射发光二极管的内部结构图；
[0018]图2为本发明图1中的热敏电阻的立体图；
[0019]图3为本发明图1中的热敏电阻的俯视图；
[0020]图4为本发明图2中第一电极?第三电极的位置关系的图；
[0021]图5为本发明图2中b-b的截面示意图。
[0022]附图标记说明:1-探测器 2-超辐射发光管芯 3-半导体制冷器 4-热敏电阻5-透镜光纤6-热沉基底4-3-热敏电阻素体4-3a-第一主面4_3b_第二主面4-3c?4-3f-四个侧面4-5-第一电极4-7-第二电极4_9_第三电极4_11_槽。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0024]为了彻底了解本发明实施例，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施例的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
[0025]参照图1，图1为本发明基于热敏电阻的超辐射发光二极管的内部结构图。图中所示发光二极管管壳内部由半导体制冷器3和位于所述半导体制冷器3上端面的热沉基底6构成，所述热沉基底6的上端面设置有探测器1、超辐射发光管芯2、热敏电阻4和透镜光纤5，所述探测器1、超辐射发光管芯2和透镜光纤5位于同一轴线上，所述热敏电阻4为两个并且对称分布在所述超辐射发光管芯2的两侧；通过利用在管芯两侧对称放置两个热敏电阻4的方式，并且计算两个热敏电阻的平均温度进一步得出管芯处的精确温度，可以把其温度的觉得精度提高到0.1度左右，并获得平均波长在外界环境温度从_40°C到70°C范围变化时，其管芯处的温度始终控制在0.1 °C，从而达到其平均波长在全温变化下在50ppm以内的稳定度。
[0026]为了进一步提高测试温度的精度，热敏电阻4为片状热敏电阻；参加图2至图5，图2为本发明图1中的热敏电阻的立体图；图3为本发明图1中的热敏电阻的俯视图；图4为本发明图2中第一电极?第三电极的位置关系的图；图5为本发明图2中b-b的截面示意图。片状热敏电阻具备热敏电阻素体4-3、第一电极4-5、第二电极4-7以及第三电极9。片状热敏电阻是NTC(Negative Temperature Coefficient:负温度系数)热敏电阻。片状热敏电阻呈大致长方体形状，如长度设定为0.6_左右；宽度设定为0.4_左右；高度设定为0.2謹左右。
[0027]热敏电阻素体4-3具有第一主面4_3a和第二主面4_3b、以及4个侧面4_3c?4-3f?第一主面4-3a和第二主面4-3b在第一方向(图中Z方向)上彼此相对。4个侧面4-3c?4-3f以连结第一主面4-3a与第二主面4_3b的方式沿着第一方向延伸。热敏电阻素体4-3以Mn为主成分进而含有N1、Co、Ca、Zr、Al、Cu以及Fe的至少一种以上作为副成分的尖晶石型金属氧化物形成。热敏电阻素体3是由该尖晶石型金属氧化物构成的半导体陶瓷。
[0028]在热敏电阻素体4-3中，第一主面4_3a的面积比第二主面4_3b的面积小。第一主面4-3a从第一方向看位于第二主面4-3b的外轮廓的内侧。因此，在热敏电阻素体4-3的侧面4-3c?4-3f，在第一主面3a侧的区域与第二主面3b侧的区域之间形成有高低差。热敏电阻素体3的厚度例如设定为0.2mm左右。
[0029]第一电极4-5与第二电极4-7配置在热敏电阻素体4-3的第一主面4_3a。第一电极4-5与第二电极4-7在与第一方向正交的第二方向(图中X方向)上彼此分离而定位。第一电极4-5和第二电极4-7呈矩形形状(在本实施方式中是长方形状)。第一电极4-5与第二电极4-7以各电极4-5，4-7的长边方向成为彼此平行的方式并置。第一电极4-5和第二电极4-7设为例如0.4mm*0.2mm左右的尺寸。第二方向上的第一电极4_5与第二电极4-7的空间距离设定为0.2mm左右。
[0030]第三电极4-9配置在热敏电阻素体4-3的第二主面4-3b。第三电极4_9以从第一方向看与第一电极4-5和第二电极4-7重叠的方式定位。第三电极4-9呈矩形形状(在本实施方式中是长方形状)。在本实施方式中，第三电极4-9以覆盖第二主面4-3b整体的方式形成。
[0031]如图4所示，图4为本发明图2中第一电极?第三电极的位置关系的图。第一电极4-5和第二电极4-7从第一方向看位于第三电极9的外轮廓的内侧。因此，第一电极4-5整体在第一方向上与第三电极4-9相对，第二电极4-7整体在第一方向上与第三电极4-9相对。
[0032]第一电极4-5、第二电极4-7和第三电极4-9由通常用作片型电子部件的电极的导电性材料Ag构成。第一电极4-5、第二电极4-7和第三电极4-9构成为包含上述导电性材料的导电性膏体的烧结体。第一电极4-5、第二电极4-7和第三电极4-9也可以包含作为最外层的镀层。导电性材料除了上述的Ag以外，也可以包含Au、Pt或Cu等。
[0033]在热敏电阻素体4-3的第一主面4_3a上的第一电极4_5与第二电极4_7之间的区域，形成有沿着与第二方向交叉(正交)的方向(图中Y方向)延伸的多个(在本实施方式中是4个)槽4-11。多个槽4-11以在与槽4-11延伸的方向正交的方向上排列的方式形成。因此，在第一主面4-3a上的第一电极4-5与第二电极4-7之间的区域，在第二方向上看，形成有凹凸。通过形成有凹凸，第二方向上的第一电极4-5与第二电极4-7的沿面距离设定为比第二方向上的第一电极4-5与第二电极4-7的空间距离大。槽4-11延伸的方向与第一电极4-5和第二电极4-7的长边方向平行。在本实施方式中，槽4-11的宽度设定为50 μm左右，深度设定为30 μm左右。
[0034]为了进一步提高测量温度的精确度，热沉基底6由钨铜材料制成，能够更好的将超辐射发光管芯2所发出的热量传递到半导体制冷器3上面，进而散热保持温度的恒定；另外探测器I可以探测超辐射发光管芯2是否漏光。
[0035]本发明通过将热敏电阻为两个并且对称分布在所述超辐射发光管芯的两侧，能够更精准的反应激光管芯位置温度变化，并能够通过控温实现对管芯更精确的温度控制，提高光源波长的温度稳定性以提高传感系统的测量精度，并且本发明中的热敏电阻为电阻值的偏差小的高精度的片状热敏电阻，更进一步地提高了温度控制的精度。
[0036]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于热敏电阻的超辐射发光二极管，所述发光二极管管壳内部由半导体制冷器(3)和位于所述半导体制冷器(3)上端面的热沉基底(6)构成，所述热沉基底(6)的上端面设置有探测器(1)、超辐射发光管芯(2)、热敏电阻(4)和透镜光纤(5)，所述探测器(1)、超辐射发光管芯(2)和透镜光纤(5)位于同一轴线上，其特征在于，所述热敏电阻(4)为两个并且对称分布在所述超辐射发光管芯(2)的两侧。
2.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述热敏电阻(4)为片状热敏电阻。
3.根据权利要求2所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述热敏电阻包括: 热敏电阻素体(4-3),具有在第一方向上彼此相对的第一主面(4-34和第二主面(4-3?)； 第一电极(4-5)和第二电极(4-7),分布在所述热敏电阻素体(4-3)的所述第一主面(4-34，在与所述第一方向正交的第二方向上彼此分离而配置； 第三电极(4-9)，分布在所述热敏电阻素(4-3)体的所述第二主面(4-36)，以从所述第一方向看与所述第一电极(4-5)和所述第二电极(4-7)重叠的方式配置。
4.根据权利要求3所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述第二方向上的所述第一电极(4-5)与所述第二电极(4-9)的沿面距离设定为比所述第二方向上的所述第一电极(4-5)与所述第二电极(4-7)的空间距离大。
5.根据权利要求4所述的超辐射发光二极管，其特征在于，在所述第一主面(4-3^上的所述第一电极(4-5)与所述第二电极(4-7)之间的区域，形成有凹凸。
6.根据权利要求5所述的超辐射发光二极管，其特征在于，在所述第一主面(4-3幻上的所述第一电极(4-5)与所述第二电极(4-7)之间的区域，形成有沿着与所述第二方向交叉的方向延伸的槽(4-111
7.根据权利要求3?6中的任一项所述的超辐射发光二极管，其特征在于，从所述第一方向看，所述第一主面(4-3幻位于所述第二主面的(4-36)外轮廓的内侧，所述第一电极(4-5)和第二电极(4-7)位于所述第三电极(4-9)的外轮廓的内侧。
8.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述热沉基底(6)由钨铜材料制成。
【文档编号】H01S5/024GK104466662SQ201410729891
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月4日 优先权日:2014年12月4日
【发明者】刘占元, 陈硕, 王爱民, 古丽娟 申请人:国家电网公司, 国网智能电网研究院, 北京大学