NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO NGUỒN CẤP DÒNG VÀ BỘ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ CHO LASER BÁN DẪN CÔNG SUẤT CAO

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THỊ NGOAN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO NGUỒN CẤP DÒNG VÀ BỘ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ CHO LASER BÁN DẪN CÔNG SUẤT CAO Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60 52 70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ Hà Nội – 2011 MỞ ĐẦU Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) thiết bị tạo chùm ánh sáng có cường độ mạnh có tính đơn sắc, kết hợp có tính chuẩn trực cao Bước sóng (màu sắc) ánh sáng laser khiết (đơn sắc) so sánh với nguồn sáng khác, tất photon (lượng tử) tạo nên chùm laser có mối quan hệ pha cố định (tính kết hợp) Ánh sáng từ laser điển hình có tính phân kỳ thấp, qua khoảng cách lớn tập trung tới điểm sáng nhỏ với cường độ sáng lớn Do có tính chất quí báu này, laser sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực sống Nguyên lý hoạt động laser phát minh Charles Townes Arthur Schalow từ phòng thí nghiệm Bell Telephone năm 1958, laser thực tế dựa tinh thể ruby hồng chứng minh năm 1960 Theodor Maiman phòng nghiên cứu Hughes Từ thời điểm đó, có nhiều loại laser khác phát minh, có số đưa vào ứng dụng thực tế khoa học, công nghiệp, thương mại, quân Laser diode bán dẫn công bố vào năm 1962 Robert Hall Kể từ đến nay, trải qua nhiều giai đoạn phát triển, tính kỹ thuật laser diode không ngừng hoàn thiện Từ chỗ ban đầu laser đơn chuyển tiếp có dòng ngưỡng phát laser cao, hoạt động nhiệt độ thấp công suất quang lối nhỏ (khoảng mW) vùng hồng ngoại gần Đến laser bán dẫn dựa sở dị chuyển tiếp kép dạng vật liệu khối hay đa giếng lượng tử (MQW) với dòng ngưỡng phát laser thấp (đối với laser công suất thấp), hoạt động nhiệt độ phòng cao Với loại vật liệu bán dẫn khác người ta chế tạo loại laser bán dẫn với bước sóng phát nằm dải từ vùng tử ngoại đến hồng ngoại (390 – 2000 nm) có công suất phát từ µW đến hàng chục W cho đơn chíp laser Laser bán dẫn công suất cao đời đem lại nhiều ứng dụng thiết thực y tế, công nghiệp, an ninh quốc phòng đời sống hàng ngày Laser bán dẫn có điện trở động nhỏ, thay đổi nhỏ điện đặt vào có thay đổi lớn dòng qua laser Do nguồn nuôi laser thường nguồn dòng Nguồn dòng nuôi laser phải cấp dòng ổn định giảm thiểu tối đa tác động xung tức thời (transient) Có nhiều nguồn dòng thương mại chế tạo với nhiều tính tích hợp giá thành cao Do đó, khuôn khổ đề tài luận văn nghiên cứu thiết kế chế tạo nguồn cấp dòng cho laser bán dẫn công suất cao phù hợp với mục đích sử dụng có giá thành thấp phù hợp với điều kiện nghiên cứu phòng thí nghiệm ứng dụng thực tế Bên cạnh đó, yếu tố nhiệt độ ảnh hưởng lớn tới hoạt động laser bán dẫn tính chất quang điện, tính tin cậy, hiệu suất thời gian sống linh kiện Do để đảm bảo ổn định nhiệt độ cho laser hoạt động, nghiên cứu thiết kế chế tạo ổn định nhiệt độ dựa chế làm lạnh nhiệt điện sử dụng pin peltier Cũng nguồn dòng, giới có nhiều sản phẩm thương mại ổn định nhiệt độ cho laser Nhưng với điều kiện nước, thiết bị ổn định nhiệt độ cho laser bán dẫn công suất cao với giá thành rẻ cần thiết Trong luận văn này, nghiên cứu thiết kế chế tạo nguồn xung, nguồn dòng ổn định nhiệt độ pin Peltier Trên sở thiết bị chế tạo được, khảo sát vài đặc trưng laser bán dẫn công suất cao phục vụ cho việc nghiên cứu laser bán dẫn nhằm mục đích ứng dụng laser bán dẫn công suất cao thực tế 3 Luận văn gồm có chương : Chương 1: Trình bày khái niệm laser bán dẫn đặc trưng laser bán dẫn Chương 2: Tìm hiểu nguồn phát xung nguồn cấp dòng chiều cho laser bán dẫn, chế làm việc pin lạnh peltier tìm hiểu mạch điều khiển nhiệt độ cho pin peltier Chương 3: Trình bày bước nghiên cứu thiết kế chế tạo nguồn cấp dòng ổn định nhiệt độ cho laser bán dẫn công suất cao Chương 4: Sử dụng thiết bị chế tạo vào vài hệ thí nghiệm khảo sát vài đặc trưng laser bán dẫn công suất cao CHƯƠNG 1: LASER BÁN DẪN – MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN Trong chương trình bày ba vấn đề Thứ nguyên lý hoạt động cấu tạo laser bán dẫn Thứ hai vài đặc trưng laser bán dẫn đặc trưng công suất quang, dòng bơm, đặc trưng dòng – thế, đặc trưng phân bố không gian trường xa Và cuối phụ thuộc vào nhiệt độ đặc trưng laser bán dẫn 4 CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ NGUỒN CẤP DÒNG VÀ BỘ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ CHO LASER BÁN DẪN CÔNG SUẤT CAO Trong chương tìm hiểu nguồn cấp dòng cho laser bán dẫn công suất cao gồm có nguồn xung nguồn cấp dòng chiều Hình 2.1: Sơ đồ khối nguồn xung Hình 2.2 Mạch sở cho thiết kế nguồn dòng chiều Trong chương tìm hiểu điều khiển nhiệt độ cho laser bán dẫn công suất cao dựa pin lạnh peltier Trong chương trình bày hiệu ứng nhiệt điện nguyên tắc điều khiển nhiệt độ thiết bị điều khiển nhiệt độ cho laser bán dẫn công suất cao 5 Hình 2.3: Sơ đồ khối điều khiển nhiệt độ pin peltier CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO NGUỒN CẤP DÒNG VÀ BỘ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ CHO LASER BÁN DẪN CÔNG SUẤT CAO 3.1 Thiết kế chế tạo nguồn phát xung cấp dòng cho laser bán dẫn công suất cao Nguồn phát xung có nhiều ưu điểm giảm đáng kể lượng nhiệt tạo trình hoạt động laser hoạt động chế độ xung thời gian sống linh kiện tăng lên đáng kể…Chế tạo nguồn phát xung cấp dòng cho laser bán dẫn cần thiết số ứng dụng sử dụng laser bán dẫn viễn thông, LIDAR, chụp ảnh tốc độ cao, đo khoảng cách…Để nhận xung quang cực ngắn với chất lượng cao, laser bán dẫn cần điều khiển xung điện cực hẹp Ảnh hưởng nguồn điều khiển hay nguồn xung nuôi laser bán dẫn lên đặc trưng quang lối quan trọng Nguồn phát xung phải có xung dòng có độ rộng xung nhỏ; tỉ số thời gian làm việc thời gian nghỉ cần phải nhỏ (tần số lặp lại xung phải thưa Để cấp dòng xung cho laser bán dẫn công suất cao, cường độ dòng xung cần đạt vài trăm mA trở lên Đối với đa số laser bán dẫn công suất cao cần dòng xung bơm 1A, máy phát xung thương mại không đáp ứng nên cần thiết phải chế tạo máy phát xung ngắn có cường độ dòng lớn Tần số xung cần đủ thấp (1 KHz tới 10 KHz) để tránh việc chồng lấn xung sử dụng số ứng dụng Hình 3.1: Mạch nguyên lý nguồn phát xung Hình 3.2: Nguồn phát xung cấp dòng cho laser bán dẫn Máy phát xung cho phép thay đổi tần số f =1KHz tới 10KHz độ rộng xung tới µs, dòng xung thay đổi từ tới 1A Dạng xung đầu vuông f= 1KHz tới 10 KHz tới µs Dạng xung đầu vuông, chiều, biên độ xung dòng có độ ổn định cao Mức độ thăng giáng biên độ xung dòng đạt ± 0.1% Hình 3.3: Dạng xung máy phát xung cấp dòng cho laser bán dẫn công suất cao 3.2 Thiết kế chế tạo nguồn cấp dòng chiều cho laser bán dẫn công suất cao Có nhiều loại nguồn dòng khác thực tế nguồn dòng điện trở, nguồn dòng tích cực (sử dụng thiết bị tích cực transistor), nguồn dòng RF(radio frequency), nguồn dòng DC(direct current) Mỗi loại sử dụng chế khác để tạo trì dòng điện Laser bán dẫn công suất cao đòi hỏi nguồn dòng DC có khả cung cấp dòng lớn có độ ổn định xác cao Điều khó thực dòng lớn gây đốt nóng linh kiện điện tử mạch dẫn đến ổn định thông số linh kiện, đồng thời việc khắc phục xung tức thời khó khăn Vì vậy, thiết kế, chế tạo nguồn dòng nuôi nguồn acquy để tránh xung tức thời gây biến hạ áp dựa khuếch đại thuật toán Mục đích công việc chế tạo nguồn bơm dòng chiều cấp dòng tối đa A, điều chỉnh liên tục từ mA đến A, với bước điều chỉnh dòng lối mA có hiển thị dòng bơm Yêu cầu kỹ thuật nguồn đảm bảo độ ổn định ± 0,5 mA; không tạo xung dòng tức thời nói xung tự kích với biên độ lớn gây đánh thủng chuyển tiếp p-n laser, thuận lợi cho việc vận hành thao tác trình đo đạc nghiên cứu Hình 3.4 Mạch nguyên lý nguồn cấp dòng cho laser bán dẫn công suất cao Trong khuếch đại thuật toán hồi tiếp âm lý tưởng để tạo nguồn dòng không đổi có trở kháng cao Do dựa nguyên lý IC khuyếch đại thuật toán (OP Amp), sử dụng mạch lặp lại Repeater Trong mạch sử dụng Acquy nguồn để cấp cho mạch, nguồn dòng để nuôi laser nên dòng cấp cho laser phải ổn định Acquy nguồn chiều hoạt động ổn định, nhiều thăng giáng trình hoạt động Hình 3.5: Nguồn dòng liên tục nuôi laser bán dẫn Để khảo sát độ ổn định thiết bị nguồn cấp dòng bơm cho laser bán dẫn sử dụng đồng hồ đo dòng có cấp xác cao mắc nối tiếp với tải laser bán dẫn công suất cao phát bước sóng 808nm để theo dõi dòng cấp theo thời gian Laser giữ cố định nhiệt độ 25oC pin lạnh peltier Chúng tiến hành theo dõi dòng cấp nguồn bơm 200 mA , 300 mA , 400mA, 700mA 1000mA Dưới kết đo dòng cấp 400mA 1000mA Hình 3.6: Kết khảo sát độ ổn định nguồn dòng chiều Kết cho thấy khoảng thời giản khảo sát 120 phút, thăng giáng dòng bơm tất dòng ~  0,1% 10 Điều chứng tỏ độ ổn định nguồn cấp dòng chế tạo tương đối cao Phù hợp với yêu cầu đặt ban đầu 3.3 Thiết kế, chế tạo ổn định nhiệt độ cho laser bán dẫn công suất cao Nhiệt độ ảnh hưởng lớn tới hoạt động laser bán dẫn Để đảm bảo laser bán dẫn hoạt động ổn định hiệu quả, việc giữ cho laser nhiệt độ không đổi thời gian làm việc laser việc quan trọng cần thiết Chính thế, cố gắng nghiên cứu, thiết kế chế tạo ổn định nhiệt độ cho laser bán dẫn công suất cao với khả ổn định nhiệt độ tốt phù hợp với yêu cầu thí nghiệm với laser bán dẫn công suất cao Ý tưởng thiết kế chế tạo nguồn cấp dòng cho pin Peltier cấp dòng tối đa A, phần tử theo dõi phản hồi nhiệt độ hệ ổn định nhiệt độ cảm biến bán dẫn loại NTC 10 k 25oC, nguồn cấp dòng hiển thị dòng điện chạy qua pin Peltier, công suất tản nhiệt lớn pin Peltier từ 30 – 40W Và nguồn đảm bảo độ ổn định ± 1°C; có khả điều khiển nhiệt độ từ 15°C đến 40°C thuận lợi cho việc vận hành thao tác trình đặt nhiệt độ làm việc Hình 3.7 : Sơ đồ tổng thể mạch điện điều khiển cấp dòng cho pin Peltier 11 Mạch điều khiển cấp dòng cho pin Peltier thiết kế gồm khối với chức sau: - Khối đầu vào bao gồm cảm biến nhiệt độ bán dẫn biến trở chỉnh, đặt chế độ làm việc mạch khuếch đại vi sai Nhiệm vụ khối tạo điện áp lối vào cấp cho khối tạo xung mô tả - Khối tạo xung tạo xung có độ rộng thay đổi (Pulse Width Modulation – PWM) theo điện áp điều khiển từ khối đầu vào cấp sang Sau dãy xung vuông PWM tạo ra, chúng cấp sang khối công suất mô tả sau đường: đường dẫn xung thẳng đường thực đảo pha dãy xung nêu - Khối công suất bao gồm 04 tranzitor trường loại MOSFET công suất đấu thành mạch cầu để cấp dòng cho pin peltier Tại thời điểm làm việc có tranzitor thông (01 MOSFET kênh p 01 MOSFET kênh n) định dòng chạy theo chiều qua pin Peltier Khi tranzitor lại làm việc (01 MOSFET kênh n 01 MOSFET kênh p lại) dòng điện đảo chiều chạy theo chiều ngược lại qua pin Peltier Các tụ hóa cuộn cảm L đưa thêm vào khối nhằm lọc để có dòng điện phẳng cấp cho pin Peltier Như có chế độ làm việc đốt nóng làm lạnh phiến tản nhiệt pin peltier Chúng thiết kế gia công khí phiến tỏa nhiệt đồng với kích thước 6x6x1cm để đảm bảo dẫn nhiệt tốt từ nguồn laser xuống pin Peltier gắn nguồn phát laser cách thuận tiện mặt làm việc pin Peltier Đồng thời thiết kế đế tản nhiệt bên pin peltier có gắn quạt làm mát để đảm bảo độ ổn định hệ trình làm việc công suất cao 12 Hình 3.8 : Cấu tạo đế ổn định nhiệt độ Hình 3.9: Hệ ổn định nhiệt độlàm việc cho laser bán dẫn Để kiểm tra độ ổn định hoạt động thiết bị chế tạo được, theo dõi độ ổn định hệ điều khiển nhiệt độ cho laser bán dẫn theo thời gian với trường hợp hệ tải có tải Ở sử dụng sensor nhiệt Pt1000 (R=1KΩ) có chuẩn nhiệt độ theo điện trở xác đến 0,1°C Trong trường hợp không tải, kết cho thấy thời gian đáp ứng tất trường hợp nhỏ 10 phút độ thăng giáng nhiệt độ nhỏ 0.40C 13 Hình 3.10 : Độ ổn định nhiệt độ hệ ổn định nhiệt độ không tải Hình 3.11 Độ ổn định nhiệt độ tải dòng khác Trong trường hợp có tải khảo sát độ ổn định nhiệt độ hệ tải dòng khác 400, 500, 700, 1000mA Kết cho thấy độ thăng giáng tất nhiệt độ dòng khác < ±1oC 14 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA LASER BÁN DẪN CÔNG SUẤT CAO 4.1 Nghiên cứu đặc trưng công suất quang – dòng bơm (P- I) Những ưu điểm quan trọng để ứng dụng laser diode công suất cao hiệu suất biến đổi điện quang cao ( khả điều chỉnh trực tiếp công suất cách thay đổi dòng cung cấp Ở thí nghiệm này, thực khảo sát đặc trưng công suất quang – dòng bơm laser có bước sóng 808nm 670nm Hình 4.1: Sơ đồ đo đặc trưng công suất quang – dòng bơm laser diode công suất cao Nhìn vào kết đặc trưng công suất quang – dòng bơm laser bước sóng 808nm ta thấy Khi cấp dòng ngưỡng phát laser Ith = 500mA (T=25oC) ta thấy có photon phát xạ tự phát với công suất quang lối thấp Ở dòng ngưỡng, công suất quang tăng tuyến tính với dòng cung cấp Khi tăng nhiệt độ hoạt động laser diode ta thấy rằng, dòng ngưỡng laser tăng theo Và dựa vào đặc trưng P- I laser module laser ta thấy hệ 15 số ghép nối chip laser với sợi quang đường kính lõi sợi 200µm đạt a) b) Hình 4.2 Đặc trưng P-I laser (a) 808nm (b) laser module laser 670nm 4.2 Nghiên cứu đặc trưng dòng – (I-V) Đặc trưng dòng I -V đường biểu diễn mối quan hệ dòng điện chạy qua laser diode điện đặt chuyển tiếp p-n laser Do điện trở biến đổi laser bán dẫn nhỏ Hình 4.3: Hệ đo đặc trưng dòng I-V (~mΩ) nên tăng dòng qua laser, sụt chuyển tiếp nhanh chóng tăng đến giá trị ngưỡng Vf (thế mở) nên đặc trưng I-V có tính phi tuyến 16 Hình 4.4: Đặc trưng I-V laser có bước sóng 808nm Nhìn vào đồ thị ta thấy ngưỡng laser Vf = 1.4V Với dòng bơm nhỏ, điện tăng nhanh tăng dòng qua laser, sụt chuyển tiếp nhanh chóng tăng đến giá trị ngưỡng Vf (giá trị đạt đến mức điện phân cực thuận đặt chuyển tiếp laser) tốc độ tăng so với dòng giảm Điều chứng tỏ điện trở laser phi tuyến phụ thuộc vào dòng bơm 4.3 Nghiên cứu đặc trưng phân bố trường xa Đặc trưng phân bố trường xa phân bố không gian chùm tia laser khoảng cách định từ chip laser Việc đo đạc phân bố trường xa cho phép đánh giá chất lượng chùm tia laser giúp cho việc ghép nối ánh sáng laser vào sợi quang với hiệu suất cao Vì vậy, sử dụng nguồn nuôi xung chế tạo để thực nghiên cứu đặc trưng phân bố trường xa hai loại laser bán dẫn công suất cao diện rộng (BA) phát 808 nm laser dẫn sóng gò (ridge waveguide) phát 670nm 17 Hình 4.5: Sơ đồ đo đặc trưng phân bố không gian trường xa (a) (b) Hình 4.6: Đặc trưng phân bố không gian trường xa (a) laser 808nm (b) laser 670nm 18 Kết đo đặc trưng phân bố trường xa laser có bước sóng 808nm hình 4.6a Đây phân bố trường xa hay phân bố cường độ ánh sáng theo hai hướng song song vuông góc với chuyển tiếp p-n dòng bơm I= 600mA nhiệt độ phòng (T=25oC) Nhìn vào kết phân bố trường xa laser ta thấy rằng, góc mở theo hướng vuông góc với chuyển tiếp p-n laser lớn góc mở theo hướng song song lại nhỏ Điều phù hợp với phân bố không gian vùng phát xạ laser với độ rộng W =100 µm, độ dày d = 1µm Với góc mở theo hướng vuông góc với chuyển tiếp p-n ~ 65o, góc mở theo hướng song song với chuyển tiếp p-n ~ 8o Phổ phân bố trường xa theo hướng đơn mode, đối xứng có dạng phân bố gần với phân bố Gauss Chúng sử dụng hệ đo đặc trưng phân bố trường xa để đo đặc trưng phân bố trường xa theo hướng song song với chuyển tiếp p-n dòng bơm khác 600, 700 800mA cho laser bán dẫn công suất cao dẫn sóng gò dạng Tapered(vuốt thon) phát bước sóng 670nm Kết thu hình 4.8b Do cấu trúc dẫn sóng gò Tapered đặc biệt nên phổ phân bố không gian trường xa có cấu trúc đơn mode không hoàn toàn dạng phân bố Gauss dòng bơm nhỏ, dòng bơm lớn phân bố có cấu trúc đa mode Điều liên quan đến chất lượng cấu trúc phần Tapered Từ kết đo đặc trưng phân bố trường xa theo dòng bơm, ta biết laser hoạt động dòng bơm để có phân bố chùm tia tốt KẾT LUẬN Laser bán dẫn công suất cao ngày có nhiều ứng dụng nhiều lĩnh vực xã hội nghiên cứu khoa học, công nghiệp, y tế, kiểm soát môi trường an ninh quốc phòng Điều khiển laser an toàn, hoạt động ổn định, lâu dài vấn đề quan 19 trọng cần giải Trong luận văn này, thiết kế, chế tạo nguồn cấp dòng ổn định nhiệt độ để điều khiển hoạt động laser bán dẫn công suất cao đảm bảo hoạt động ổn định linh kiện ứng dụng cụ thể Dưới số kết mà luận văn đạt được: - Đã tìm hiểu cách tổng quan laser bán dẫn vấn đề liên quan nguồn cấp dòng việc ổn định nhiệt độ cho laser bán dẫn công suất cao - Đã thiết kế, chế tạo nguồn phát xung nuôi laser bán dẫn công suất cao có tần số thay đổi từ 1KHz tới 10KHz, độ rộng xung thay đổi từ tới µs biên độ dòng xung thay đổi từ mA tới A Dạng xung lối vuông, thời gian xung lên xung xuống nhỏ 15ns, chiều biên độ xung dòng có độ ổn định cao với độ thăng giáng ~ ± 0,1% - Đã thiết kế, chế tạo nguồn dòng chiều nuôi laser bán dẫn công suất cao cấp dòng từ ÷ 2A, bước điều chỉnh dòng 1mA, độ thăng giáng dòng lối ~ ± 0,1% - Đã thiết kế, chế tạo ổn định nhiệt độ cho laser bán dẫn công suất cao đặt nhiệt độ từ 15 ÷ 30oC, mạch điều khiển pin nhiệt điện peltier cấp dòng từ -4 ÷4A, độ thăng giáng nhiệt độ trường hợp không tải nhỏ ±0,5oC trường hợp có tải độ thăng giáng nhỏ ±1oC - Đã sử dụng thiết bị chế tạo để nghiên cứu vài đặc trưng laser bán dẫn công suất cao đặc trưng công suất quang – dòng bơm (P-I) chip laser bán dẫn phát bước sóng 808 nm, chip laser bán dẫn module laser bán dẫn phát bước sóng 670 nm; đặc trưng dòng – (I-V) laser bán dẫn phát bước sóng 808 nm; đặc trưng phân bố trường xa laser phát bước sóng 808 20 nm laser dẫn sóng gò dạng Tapered phát bước sóng 670nm Các đặc trưng đo được lý giải mặt vật lý phù hợp với tính chất laser bán dẫn công suất cao Trong khuôn khổ đề tài luận văn số vấn đề phải tiếp tục giải cần khử hoàn toàn xung tức thời nguồn cấp dòng, ổn định nhiệt độ thời gian đáp ứng chậm độ thăng giáng nhiệt độ trường hợp có tải cao Trong tương lai, cần có nghiên cứu tiếp tục để khắc phục vấn đề nhằm chế tạo thiết bị nguồn cấp dòng ổn định nhiệt độ có độ ổn định xác cao phục vụ cho nhiều ứng dụng thực tiễn laser bán dẫn công suất cao [...]... trọng và cần thiết Chính vì thế, chúng tôi đã cố gắng nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một bộ ổn định nhiệt độ cho laser bán dẫn công suất cao với khả năng ổn định nhiệt độ tốt phù hợp với yêu cầu các thí nghiệm với laser bán dẫn công suất cao Ý tưởng thiết kế là chế tạo một bộ nguồn cấp dòng cho pin Peltier có thể cấp dòng tối đa 4 A, phần tử theo dõi và phản hồi nhiệt độ của hệ ổn định nhiệt độ là... đã thiết kế, chế tạo nguồn cấp dòng và bộ ổn định nhiệt độ để điều khiển hoạt động của laser bán dẫn công suất cao đảm bảo sự hoạt động ổn định của linh kiện trong từng ứng dụng cụ thể Dưới đây là một số kết quả chính mà luận văn đã đạt được: - Đã tìm hiểu một cách tổng quan về laser bán dẫn và các vấn đề liên quan như nguồn cấp dòng và việc ổn định nhiệt độ cho laser bán dẫn công suất cao - Đã thiết. .. Điều đó chứng tỏ độ ổn định của nguồn cấp dòng chế tạo được là tương đối cao Phù hợp với yêu cầu đặt ra ban đầu 3.3 Thiết kế, chế tạo bộ ổn định nhiệt độ cho laser bán dẫn công suất cao Nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn tới hoạt động của laser bán dẫn Để đảm bảo laser bán dẫn có thể hoạt động ổn định và hiệu quả, thì việc giữ cho laser tại một nhiệt độ không đổi trong thời gian làm việc của laser là một việc... một chiều nuôi laser bán dẫn công suất cao có thể cấp dòng từ 0 ÷ 2A, bước điều chỉnh dòng là 1mA, độ thăng giáng của dòng lối ra ~ ± 0,1% - Đã thiết kế, chế tạo được bộ ổn định nhiệt độ cho laser bán dẫn công suất cao có thể đặt nhiệt độ từ 15 ÷ 30oC, mạch điều khiển pin nhiệt điện peltier có thể cấp dòng từ -4 ÷4A, độ thăng giáng nhiệt độ trong trường hợp không tải là nhỏ hơn ±0,5oC và trong trường... 12 Hình 3.8 : Cấu tạo của bộ đế ổn định nhiệt độ Hình 3.9: Hệ ổn định nhiệt độlàm việc cho laser bán dẫn Để kiểm tra độ ổn định hoạt động của thiết bị chế tạo được, chúng tôi đã theo dõi độ ổn định của hệ điều khiển nhiệt độ cho laser bán dẫn theo thời gian với 2 trường hợp là khi hệ không có tải và khi có tải Ở đây chúng tôi sử dụng một sensor nhiệt Pt1000 (R=1KΩ) có bản chuẩn nhiệt độ theo điện trở... tải, kết quả cho thấy thời gian đáp ứng tại tất cả các trường hợp là nhỏ hơn 10 phút và độ thăng giáng của nhiệt độ là nhỏ hơn 0.40C 13 Hình 3.10 : Độ ổn định nhiệt độ của hệ ổn định nhiệt độ khi không tải Hình 3.11 Độ ổn định nhiệt độ khi ở các tải dòng khác nhau Trong trường hợp có tải chúng tôi khảo sát độ ổn định nhiệt độ của hệ tại các tải dòng khác nhau 400, 500, 700, 1000mA Kết quả cho thấy độ. .. trong trường hợp có tải thì độ thăng giáng là nhỏ hơn ±1oC - Đã sử dụng các thiết bị chế tạo được để nghiên cứu một vài đặc trưng cơ bản của laser bán dẫn công suất cao như đặc trưng công suất quang – dòng bơm (P-I) của chip laser bán dẫn phát ở bước sóng 808 nm, chip laser bán dẫn và module laser bán dẫn phát ở bước sóng 670 nm; đặc trưng dòng – thế (I-V) của laser bán dẫn phát bước sóng 808 nm; đặc... thiết kế, chế tạo được nguồn phát xung nuôi laser bán dẫn công suất cao có tần số thay đổi được từ 1KHz tới 10KHz, độ rộng xung thay đổi từ tới 2 µs và biên độ dòng xung có thể thay đổi từ 0 mA tới 1 A Dạng xung lối ra vuông, thời gian xung lên và xung xuống là nhỏ hơn 15ns, không có nền một chiều và biên độ xung dòng có độ ổn định cao với độ thăng giáng ~ ± 0,1% - Đã thiết kế, chế tạo được nguồn dòng. .. nhiệt độ thời gian đáp ứng vẫn còn chậm và độ thăng giáng nhiệt độ trong trường hợp có tải vẫn còn khá cao Trong tương lai, cần có các nghiên cứu tiếp tục để khắc phục các vấn đề trên nhằm chế tạo các thiết bị nguồn cấp dòng và bộ ổn định nhiệt độ có độ ổn định và chính xác cao phục vụ cho nhiều ứng dụng thực tiễn của laser bán dẫn công suất cao ... giáng tại tất cả các nhiệt độ và các dòng khác nhau là < ±1oC 14 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA LASER BÁN DẪN CÔNG SUẤT CAO 4.1 Nghiên cứu đặc trưng công suất quang – dòng bơm (P- I) Những ưu điểm quan trọng nhất để ứng dụng laser diode công suất cao đó là hiệu suất biến đổi điện quang cao ( và khả năng điều chỉnh trực tiếp công suất ra bằng cách thay đổi dòng cung cấp Ở trong thí nghiệm