專利名稱：鉺鐿共摻光纖放大器溫度控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及ー種鉺鐿共摻光纖放大器溫度控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
寬帶業(yè)務(wù)需求推動光纖到戶(FTTH)產(chǎn)品的快速發(fā)展，大規(guī)模實(shí)施FTTH的一大障礙就是成本，主要是初裝費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)。高功率鉺鐿共摻雙包層放大器(EYDFA)以其優(yōu)良的信號特性和相對低廉的成本，成為在FTTH中有線電視網(wǎng)(CATV)信號的首選放大器。這種高功率的鉺鐿共摻光纖放大器，尤其適用于CATV和FTTx網(wǎng)絡(luò)局端，或者分配中心的光信號 功率放大和分配，使用多路輸出的高功率放大器可以替代多臺獨(dú)立的單路輸出的摻鉺光纖放大器(EDFA)。2002年朗訊Lucent和法國Keopsys公司先后研制成功雙包層泵浦技術(shù)以來，國內(nèi)外現(xiàn)有為數(shù)不多的公司獨(dú)立擁有該項(xiàng)技木，也有不少公司先后推出了高功率EYDFA放大器，但是高功率放大器應(yīng)用中的ー項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)工作溫度范圍問題一直困擾著EYDFA的廣泛應(yīng)用。另外放大器在溫度條件惡劣的情況下加電啟動緩慢也是限制其應(yīng)用的ー個(gè)缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的問題是提供一種鉺鐿共摻光纖放大器溫度控制系統(tǒng)，克服現(xiàn)有的高功率鉺鐿共摻光纖放大器的工作溫度窄、應(yīng)用受限等問題。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種鉺鐿共摻光纖放大器溫度控制系統(tǒng)，包括制冷器36、散熱固件24、溫度控制模塊28、驅(qū)動控制模塊29、電源供能管理模塊30 ;所述散熱固件24和制冷器36、鉺鐿共摻光纖放大器的激光器相連；所述溫度控制模塊28輸入端分別與鉺鐿共摻光纖放大器的激光器、電源供能管理模塊30相連；所述溫度控制模塊28輸出端分別與驅(qū)動控制模塊29輸入端、制冷器36相連；所述驅(qū)動控制模塊29輸入端分別與鉺鐿共摻光纖放大器的輸入輸出監(jiān)控探測器、電源供能管理模塊30、溫度控制模塊28輸出端相連；驅(qū)動控制模塊29輸出端與鉺鐿共摻光纖放大器的激光器相連，其特征在于所述溫度控制模塊28包括溫度信號采集模塊46、反饋控制線路模塊47、PWM調(diào)制模塊48、動輸出模塊49 ;所述溫度信號采集模塊46將輸入的溫度信號進(jìn)行采集，采集到得溫度信息送入反饋控制線路模塊47進(jìn)行控制計(jì)算，結(jié)果以電壓的形式送入PWM調(diào)制模塊48輸出驅(qū)動調(diào)制波，調(diào)制波信號驅(qū)動驅(qū)動輸出模塊49的功率器件輸出，輸出連接到制冷器36進(jìn)行驅(qū)動；所述反饋控制線路模塊47在鉺鐿共摻光纖放大器的激光器溫度達(dá)到設(shè)定的溫控點(diǎn)時(shí)將邏輯指示信號輸出到驅(qū)動控制模塊29的反饋控制模式線路51，通知反饋控制模式線路51驅(qū)動激光器輸出。進(jìn)ー步，所述溫度控制模塊28采用分段漸進(jìn)降溫方法，包括如下步驟I)采集工作環(huán)境溫度并與工作設(shè)定溫度對比；2)根據(jù)降溫或升溫的溫度幅度范圍，結(jié)合驅(qū)動制冷器的功率器件的最大工作效率，設(shè)定降溫或升溫速度；3) Tn-I時(shí)刻驅(qū)動制冷器工作，將設(shè)置溫控區(qū)域溫度點(diǎn)由tn_l下降到tn ；4)驅(qū)動制冷器持續(xù)降溫到Tn時(shí)刻，使溫控區(qū)域溫度穩(wěn)定保持在tn ；5)重復(fù)步驟3、步驟4，直至將工作環(huán)境溫度將到工作設(shè)定溫度。進(jìn)ー步，所述驅(qū)動輸出模塊49的功率器件的最大功率20W，所述激光器的發(fā)熱功率10W，所述制冷器36的最大制冷功率53W ;所述分段漸進(jìn)降溫方法中，Tn-Tn-W分鐘，Wi=S0 C。進(jìn)ー步，所述散熱固件24包括型材散熱器32，絕熱密封墊圈33，硬鋁密封殼35，銅質(zhì)勻熱片38，溫度傳感器40，壓板42，保溫泡沫44，風(fēng)扇45 ;所述激光器固定在壓板42和銅質(zhì)勻熱片38之間，所述壓板42和銅質(zhì)勻熱片38通過塑料螺釘39相互連接并擰緊；所述 激光器與所述銅質(zhì)勻熱片38之間設(shè)置有第二導(dǎo)熱硅脂41，所述硬鋁密封殼35與所述型材散熱器32組成ー密閉腔體，邊緣處用絕熱密封墊圈33和塑料螺釘34進(jìn)行密封；所述腔體內(nèi)密封所述激光器、壓板42、銅質(zhì)勻熱片38，所述銅質(zhì)勻熱片38與型材散熱器32之間設(shè)置有制冷器36，所述銅質(zhì)勻熱片38與制冷器36之間設(shè)置有第一導(dǎo)熱硅脂37，所述型材散熱器32與制冷器36之間設(shè)置有第一導(dǎo)熱硅脂37 ;所述腔體內(nèi)填充滿保溫泡沫44 ;溫度傳感器40設(shè)置在銅質(zhì)勻熱片38上。進(jìn)ー步，所述型材散熱器32包絡(luò)體積(150± 10) X (80±5)X (50±2)mm;所述絕熱密封墊圈33為聚四氟こ烯墊圈，根據(jù)金屬密封外殼邊緣成型，厚度3±0. 2mm ;所述制冷器36米用半導(dǎo)體制冷器,體積大小為(40±2) X (40±2) X (3. 6±0. 2)mm ;所述第一導(dǎo)熱硅脂37和第二導(dǎo)熱硅脂41厚度均小于0. 06mm ;所述銅質(zhì)勻熱片38體積為(105±7) X(40±2)X (5±0. 2)mm ;所述溫度傳感器40采用玻璃封裝NTC水滴熱敏電阻；所述保溫泡沫44采用聚氨酯硬質(zhì)泡沫板,最薄處厚度大于20mm。進(jìn)ー步，所述型材散熱器32包絡(luò)體積150x80x50mm ;所述絕熱密封墊圈33厚度3mm ;所述制冷器36體積大小為40x40x3. 6mm ;所述銅質(zhì)勻熱片38體積為105x40x5mm ;所述風(fēng)扇45為DC軸流風(fēng)扇，體積大小為80x80x25mm。本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是I)通過本設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)輸出功率2W的高功率鉺鐿共摻光纖放大器產(chǎn)品；2)在輸出功率2W的EYDFA中，實(shí)現(xiàn)寬的工作溫度范圍；3)大大縮短了高功率鉺鐿共摻光纖放大器工作的啟動時(shí)間。

圖I是本實(shí)用新型的工作原理示意圖圖2是本實(shí)用新型的散熱固件結(jié)構(gòu)示意圖圖3是本實(shí)用新型的控制線路原理示意圖圖4是本實(shí)用新型的溫度控制曲線示意圖圖中14、分光稱合器輸入端15、分光稱合器16、單模波分復(fù)用17、摻鉺光纖18、波分復(fù)用器19、鉺鐿共摻光纖20、輸出分光稱合器[0027]21、分光耦合器輸出端 22.輸入監(jiān)控探測器23.單模泵浦激光器24.散熱器固件25.多模泵浦激光器27.控制線路28.溫度控 制模塊29.驅(qū)動控制模塊30.電源供能管理模塊31.輸出監(jiān)控探測器 32.型材散熱器33.絕熱密封墊圈34.塑料螺釘35.硬鋁密封殼36.制冷器37.第一導(dǎo)熱硅脂38.銅質(zhì)勻熱片39.塑料螺釘40.溫度傳感器41.第二導(dǎo)熱硅脂42.壓板43.泵浦激光器44.保溫泡沫45.風(fēng)扇46.溫度信號采集模塊 47.反饋控制線路模塊48. PWM調(diào)制模塊49.驅(qū)動輸出模塊50.輸入輸出監(jiān)控信號模塊 51.反饋控制模式線路52.驅(qū)動輸出模塊具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型在鉺鐿共摻光纖放大器中的工作原理如圖I所示，通信光信號經(jīng)過分光率禹合器輸入端14輸入,經(jīng)過分光稱合器15光信號分為兩束,一束傳輸?shù)胶蠹壍膯文２ǚ謴?fù)用器16進(jìn)入摻鉺光纖17，另一部分輸出給輸入監(jiān)控探測器22，轉(zhuǎn)換為電信號提供給控制線路。單模激光器23經(jīng)過驅(qū)動輸出模塊的泵浦光經(jīng)過單模波分復(fù)用器16的另ー個(gè)輸入端ロ輸入到摻鉺光纖17，摻鉺光纖17中的鉺粒子吸取泵浦激光轉(zhuǎn)換為激發(fā)態(tài)，當(dāng)通信信號光經(jīng)過摻鉺光纖時(shí)會將其放大，放大后的信號輸出到第二級的波分復(fù)用器18，經(jīng)過波分復(fù)用器進(jìn)入鉺鐿共摻光纖19進(jìn)行二次功率放大。多模泵浦激光器25輸出的泵浦光經(jīng)過波分復(fù)用器18輸入到鉺鐿共摻光纖19進(jìn)行激勵(lì)，信號光進(jìn)入時(shí)對其放大，經(jīng)過二次放大輸出信號光的功率可以放大到瓦級，二次放大的信號經(jīng)過輸出分光I禹合器20輸出，I禹合器分出的大部分信號經(jīng)過分光耦合器輸出端21輸出，小部分作為反饋監(jiān)控信號輸出到輸出監(jiān)控探測器31轉(zhuǎn)換為電信號提供為驅(qū)動控制線路參與控制。溫度控制模塊28采樣激光器的溫度調(diào)整驅(qū)動制冷器36給激光器進(jìn)行溫度控制，使激光器工作在穩(wěn)定的溫度點(diǎn)，為使激光器發(fā)出的熱量盡快被制冷器36吸收并散出去，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)制作了高效的散熱固件24加快溫度平衡速度。溫度控制模塊28分別采樣激光器23和激光器25的溫度，當(dāng)激光器到達(dá)溫控設(shè)置點(diǎn)時(shí)，溫度控制模塊28給出ー控制邏輯信號通知驅(qū)動控制模塊29可以開啟激光器驅(qū)動，在此之前驅(qū)動控制模塊29無驅(qū)動輸出模塊。激光器驅(qū)動控制模塊29采樣輸入輸出探測器的信號根據(jù)設(shè)定的控制模式調(diào)整兩只激光器的驅(qū)動能量。電源供能管理模塊30負(fù)責(zé)為線路的其他部分提供能量。其中散熱固件24的結(jié)構(gòu)如圖2所示，散熱固件功能包括兩個(gè)方面，一是減少外部熱量進(jìn)入溫控區(qū)域，另外是盡量降低發(fā)熱部分的熱阻，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括型材散熱器32 (招合金材質(zhì),包絡(luò)體積150x80x50mm),絕熱密封墊圈33 (聚四氟こ烯墊圈,根據(jù)金屬密封外殼邊緣成型，厚度3mm)，塑料螺釘34 (M3尼龍或四氟こ烯)，硬鋁密封殼35，制冷器36 (半導(dǎo)體制冷器40x40x3. 6mm),第一導(dǎo)熱娃脂37 (厚度應(yīng)控制在0. 06mm之內(nèi)),銅質(zhì)勻熱片38 (105x40x5mm),塑料螺釘39 (M4尼龍或四氟こ烯螺釘)，溫度傳感器40 (玻璃封裝NTC水滴熱敏電阻)，第二導(dǎo)熱硅脂41，壓板(30X15X5mm)42，泵浦激光器43，保溫泡沫44 (聚氨酯硬質(zhì)泡沫板，最薄處厚度應(yīng)大于20mm。),風(fēng)扇45 (80x80x25mm DC軸流風(fēng)扇，額定輸入功率 2. 4ff)0所述泵浦激光器43固定在壓板42和銅質(zhì)勻熱片38之間，所述壓板42和銅質(zhì)勻熱片38通過塑料螺釘39相互連接并擰緊；所述泵浦激光器43與所述銅質(zhì)勻熱片38之間設(shè)置有第二導(dǎo)熱硅脂41，所述硬鋁密封殼35與所述型材散熱器32組成一密閉腔體，邊緣處用絕熱密封墊圈33和塑料螺釘34進(jìn)行密封；所述腔體內(nèi)密封泵浦激光器43、壓板42、銅質(zhì)勻熱片38，所述銅質(zhì)勻熱片38與型材散熱器32之間設(shè)置有制冷器36，所述銅質(zhì)勻熱片38與制冷器36之間設(shè)置有第一導(dǎo)熱硅脂37，所述型材散熱器32與制冷器36之間設(shè)置有第一導(dǎo)熱硅脂37 ;所述腔體內(nèi)填充滿保溫泡沫44 ;溫度傳感器40設(shè)置在銅質(zhì)勻熱片38上。所述制冷器36選用大功率半導(dǎo)體制冷器，是一種半導(dǎo)體熱電元件，通過施加電流可以將元件一側(cè)的熱量轉(zhuǎn)移到另一側(cè)。散熱固件的設(shè)計(jì)通過使用保溫泡沫44、塑料螺釘39增大了溫控區(qū)域與外界環(huán)境的熱阻，提高了制冷器的利用效率，強(qiáng)迫風(fēng)冷可以講制冷器發(fā)出的熱量盡快散去，使用銅質(zhì)勻熱片38加快了泵浦激光器43發(fā)出的熱量傳導(dǎo)到制冷器36，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，確定了散熱固件42各個(gè)部件的最佳尺寸和安裝結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的散熱效果。本實(shí)用新型的控制線路27如圖3所示由兩個(gè)功能模塊即溫度控制模塊28、驅(qū)動控制模塊29和電源供能管理模塊30組成，溫度控制回路首先通過溫度信號采集模塊46將輸入的溫度信號進(jìn)行采集，采集到得溫度信息送入反饋控制線路模塊47進(jìn)行控制計(jì)算，結(jié)果以電壓的形式送入PWM調(diào)制模塊48輸出驅(qū)動調(diào)制波，調(diào)制波信號驅(qū)動驅(qū)動輸出模塊49的功率器件輸出，輸出連接到制冷器進(jìn)行驅(qū)動?；芈饭ぷ骺梢允辜す馄鞯墓ぷ鳒囟确€(wěn)定在設(shè)定溫度值。溫度控制回路穩(wěn)定后，即激光器溫度達(dá)到設(shè)定的溫控點(diǎn)時(shí)會將邏輯指示信號輸出到反饋控制模式線路51，通知反饋控制模式線路51可以驅(qū)動激光器輸出。輸入輸出監(jiān)控信號模塊50經(jīng)過模塊的處理輸出到反饋控制模式線路51，依照設(shè)定的反饋模式輸出驅(qū)動電壓，反饋輸出的驅(qū)動電壓驅(qū)動功率輸出部分52輸出電功率驅(qū)動激光器。電源功能管理部分53負(fù)責(zé)將電源按照每個(gè)部分的功率需求進(jìn)行分配，滿足整個(gè)系統(tǒng)的工作。高功率放大器的啟動時(shí)間主要是由設(shè)備中的溫控環(huán)節(jié)決定，當(dāng)設(shè)備中需要溫度控制的部分達(dá)到了要求的溫度時(shí)才可以開啟光路。設(shè)備外部工作環(huán)境溫度與設(shè)定溫度相差越大時(shí)，放大器啟動需要的時(shí)間越長。本設(shè)計(jì)中充分考慮了結(jié)構(gòu)熱設(shè)計(jì)的同時(shí)，改進(jìn)了溫度控制回路。控制回路依據(jù)工作環(huán)境溫度分階段漸進(jìn)實(shí)現(xiàn)并達(dá)到目標(biāo)溫控要求溫度點(diǎn)。本實(shí)施例驅(qū)動輸出模塊49的功率器件的最大功率20W，泵浦激光器43的發(fā)熱功率10W，制冷器36的最大制冷功率53W，環(huán)境溫度比目標(biāo)溫度點(diǎn)高，由此設(shè)定溫度漸進(jìn)控制曲線如圖4所示，t2-tl=5°C，T2-T1=3分鐘，即每隔3分鐘降溫5°C，這樣使功率器件始終以最大的效率輸出驅(qū)動制冷器，最短時(shí)間到達(dá)制冷目標(biāo)溫度值。圖中給出的環(huán)境溫度比目標(biāo)溫度點(diǎn)高的情況，當(dāng)環(huán)境溫度比目標(biāo)溫度低時(shí)，采取同樣的邏輯控制思路。本實(shí)施例與部分高功率放大器的啟動時(shí)間和工作溫度范圍的對比數(shù)據(jù)如表一所不。表I高功率鉺鐿共摻光纖放大器產(chǎn)品指標(biāo)對照表
權(quán)利要求1.一種鉺鐿共摻光纖放大器溫度控制系統(tǒng),包括制冷器(36)、散熱固件(24)、溫度控制模塊(28)、驅(qū)動控制模塊(29)、電源供能管理模塊(30);所述散熱固件(24)和制冷器(36)、鉺鐿共摻光纖放大器的激光器相連；所述溫度控制模塊(28)輸入端分別與鉺鐿共摻光纖放大器的激光器、電源供能管理模塊(30)相連；所述溫度控制模塊(28)輸出端分別與驅(qū)動控制模塊(29)輸入端、制冷器(36)相連；所述驅(qū)動控制模塊(29)輸入端分別與鉺鐿共摻光纖放大器的輸入輸出監(jiān)控探測器、電源供能管理模塊(30)、溫度控制模塊(28)輸出端相連；驅(qū)動控制模塊(29)輸出端與鉺鐿共摻光纖放大器的激光器相連，其特征在于所述溫度控制模塊(28)包括溫度信號采集模塊(46)、反饋控制線路模塊(47)、PWM調(diào)制模塊(48)、驅(qū)動輸出模塊(49);所述溫度信號采集模塊(46)將輸入的溫度信號進(jìn)行采集，采集到得溫度信息送入反饋控制線路模塊(47)進(jìn)行控制計(jì)算，結(jié)果以電壓的形式送入PWM調(diào)制模塊(48)輸出驅(qū)動調(diào)制波，調(diào)制波信號驅(qū)動驅(qū)動輸出模塊(49)的功率器件輸出，輸出連接到制冷器(36)進(jìn)行驅(qū)動；所述反饋控制線路模塊(47)在鉺鐿共摻光纖放大器的激光器溫度達(dá)到設(shè)定的溫控點(diǎn)時(shí)將邏輯指示信號輸出到驅(qū)動控制模塊(29)的反饋控制模式線路(51 )，通知反饋控制模式線路(51)驅(qū)動激光器輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉺鐿共摻光纖放大器溫度控制系統(tǒng)，其特征在于所述散熱固件(24)包括型材散熱器(32)，絕熱密封墊圈(33)，硬鋁密封殼(35)，銅質(zhì)勻熱片(38)，溫度傳感器(40)，壓板(42)，保溫泡沫(44)，風(fēng)扇(45);所述激光器固定在壓板(42)和銅質(zhì)勻熱片(38)之間，所述壓板(42)和銅質(zhì)勻熱片(38)通過塑料螺釘(39)相互連接并擰緊；所述激光器與所述銅質(zhì)勻熱片(38)之間設(shè)置有第二導(dǎo)熱硅脂(41)，所述硬鋁密封殼(35)與所述型材散熱器(32)組成ー密閉腔體，邊緣處用絕熱密封墊圈(33)和塑料螺釘(34)進(jìn)行密封；所述腔體內(nèi)密封所述激光器、壓板(42)、銅質(zhì)勻熱片(38)，所述銅質(zhì)勻熱片(38)與型材散熱器(32)之間設(shè)置有制冷器(36)，所述銅質(zhì)勻熱片(38)與制冷器(36)之間設(shè)置有第一導(dǎo)熱硅脂(37)，所述型材散熱器(32)與制冷器(36)之間設(shè)置有第一導(dǎo)熱硅脂(37);所述腔體內(nèi)填充滿保溫泡沫(44);溫度傳感器(40)設(shè)置在銅質(zhì)勻熱片(38)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉺鐿共摻光纖放大器溫度控制系統(tǒng)，其特征在于所述型材散熱器(32)包絡(luò)體積(150±10) X (80±5) X (50±2) mm ;所述絕熱密封墊圈(33)為聚四氟こ烯墊圈，根據(jù)金屬密封外殼邊緣成型，厚度3±0. 2mm ;所述制冷器(36)采用半導(dǎo)體制冷器，體積大小為(40±2) X (40±2) X (3. 6±0. 2) mm ;所述第一導(dǎo)熱娃脂(37)和第ニ導(dǎo)熱硅脂(41)厚度均小于0. 06mm ;所述銅質(zhì)勻熱片(38)體積為(105±7) X (40±2) X(5±0. 2) mm ;所述溫度傳感器(40)采用玻璃封裝NTC水滴熱敏電阻；所述保溫泡沫(44)采用聚氨酯硬質(zhì)泡沫板，最薄處厚度大于20mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉺鐿共摻光纖放大器溫度控制系統(tǒng)，其特征在于所述型材散熱器(32)包絡(luò)體積50 X 80 X 50mm ;所述絕熱密封墊圈(33)厚度3mm ;所述制冷器(36)體積大小為40X40X3. 6mm ;所述銅質(zhì)勻熱片(38)體積為105X40X5mm mm ;所述風(fēng)扇(45)為DC軸流風(fēng)扇，體積大小為80 X 80 X 25mm。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種鉺鐿共摻光纖放大器溫度控制系統(tǒng)，其溫度控制模塊包括溫度信號采集模塊、反饋控制線路模塊、PWM調(diào)制模塊、動輸出模塊；所述溫度信號采集模塊將輸入的溫度信號進(jìn)行采集，采集到得溫度信息送入反饋控制線路模塊進(jìn)行控制計(jì)算，結(jié)果以電壓的形式送入PWM調(diào)制模塊輸出驅(qū)動調(diào)制波，調(diào)制波信號驅(qū)動驅(qū)動輸出模塊的功率器件輸出，輸出連接到制冷器進(jìn)行驅(qū)動。本實(shí)用新型大大縮短了高功率鉺鐿共摻光纖放大器工作的啟動時(shí)間。
文檔編號G05D23/20GK202662966SQ201220282838
公開日2013年1月9日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者鄭志勝, 段云峰, 李偉峻, 楊冬霞 申請人:天津峻烽科技有限公司