Để khảo sát sự phụ thuộc bước sóng phát xạ của laser DFB vào nhiệt độ trên đế laser chúng tôi đã sử dụng hệ mạch điều khiển dòng nuôi cho pin peltier qua đó điều khiển nhiệt độ của đế laser như hình 4.1 dưới đây:
Trên hình 4.1 laser DFB được gắn trên phiến nhôm (1), phiến nhôm đặt trên pin peltier (2). Chúng tôi đã sử dụng pin peltier của modul laser bơm công suất cao để điều khiển nhiệt độ cho laser DFB do vậy có độ ổn định cao. Mạch điện tử dùng để điều khiển dòng cho pin peltier được thiết kế với độ ổnđịnh tốt do vậy cóthể điều khiển nhiệt độ trên đế laser ổn định sai số nhiệt độ là 0.1 độ. Mạch điện điều khiển nhiệt độ cho laser
bơm hoạt động theo nguyên lý sau:
Hình 4.1. Mạch điện tử điều khiển dòng cho pin peltier dùng để điều khiển nhiệt độ đế laser.
- Cảm biến nhiệt độ bên trong module laser sẽ tạo ra điện áp phụ thuộc vào nhiệt độ
của laser.
- Mạch điện tử sẽ so sánh điện áp cảm ứng với điện áp chuẩn (tương ứng với nhiệt
độ chuẩn, thường đặt ở 250C). Kết quả xử lý của mạch so sánh sẽ điều khiển dòng
điện chạy qua pin Peltier.
- Chiều và độ lớn của dòng điện qua pin Peltier được thiết kế thích hợp sao cho nhiệt
độ của laser luôn luôn bằng nhiệt độ chuẩn.
Để hệ thống điều khiển nhiệt độ hoạt động ổn định, chúng tôi đã thiết kế hệ điều khiển bằng hai phương pháp: xử lý bằng kỹ thuật tín hiệu tương tự (analog) và xử
lý bằng kỹ thuật số (digital).
Sơ đồ điều khiển ổn định nhiệt độ cho laser phối hợp giữa hai mạch điều khiển là: mạch điều khiển tương tự và mạch điều khiển sốnhư trên hình 4.2. Nguyên tắc hoạt
động của phương pháp xửlý tín hiệu tương tự là các mạch so sánh tín hiệu điện với giá trị điện áp chuẩn. Điện áp sai lệch sẽ tạo ra dòng điện qua pin Peltier thích hợp, sao
cho pin Peltier điều khiển nhiệt độ của laser đúng với nhiệt độ chuẩn. Trong phương
pháp xử lý số, điện áp điều khiển pin Peltier xuất phát từ chương trình phần mềm, nguyên tắc hoạt động của phương pháp này là: Biến đổi giá trịđiện áp chỉ thị nhiệt độ
thành tín hiệu số (Analog to Digital Converter – ADC), sử dụng vi xửlý để so sánh và xử lý các giá trị số này bằng chương trình phần mềm. Các kết quả xử lý của chương
trình sẽ được chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu điện áp nhờ mạch chuyển đổi số sang tương tự (Digital to Analog Converter – DAC). Sau mạch DAC sẽlà điện áp điều khiển dòng điện cấp cho pin Peltier, chiều và độ lớn của dòng điện qua pin Peltier
được tính toán sao cho nhiệt độ của laser bơm luôn luôn bằng nhiệt độ chuẩn. Phổ phát xạ của laser được quan sát bằng máy phân tíchphổ quang theo sơ đồ hình 4.3
Laser DFB
Máy phân tích
phổ quang
(OSA)
Sợi quang đơn mốt
Hệ thống điều khiển nhiệt độ
Hình 4.3.Sơ đồ quan sát phổ phát xạ của laser DFB phụ thuộc vào nhiệt độ đế
Hình 4.4. Máy đo phổ quang (OSA) với băng tần từ600 nm đến 1700 nm, độ phân giải phổ 0,01 nm
Ở điều kiện ban đầu mạch điều khiển nhiệt độ luôn thiết lập nhiệt độ trên đế
laser là 23oC do vậy bước sóng phát xạ của laser được ổn định. Khi thay đổi nhiệt độ đế laser dẫn tới phổ phát xạ của laser cũng thay đổi, sự thay đổi đó được quan sát thông qua máy phân tích phổ quang.
Thiết bị đo phổ Advantest Q8384 là máy phân tích phổ chuyên dụng cho sợi quang sử dụng cách tử nhiễu xạ. Thiết bị Q8384 có độ phân giải phổ theo bước sóng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
10pm, độ chính xác của bước sóng đo ±20pm, vùng bước sóng hoạt động từ 600nm
đến 1700nm, vùng công suất quang đo được từ -87dBm đến 23dBm (tương đương từ
điều khiển trên mặt máy với hướng dẫn sử dụng rất tiện lợi. Số liệu đo đạc được lấy ra bằng ổđĩa mềm 3.5 inch hoặc đồ thị qua máy in nội.
Laser DFB là laser diode phát xạ đơn mốt với độ bán rộng phổ <0,2 nm
và có bước sóng phát xạ 1550.5 nm ở nhiệt độ phòng. Khi nhiệt độ đế laser thay đổi dẫn tới chiết suất của cách tử trong cấu trúc của laser DFB bị thay đổi chiết suất, độ
rộng vùng cấm của chất bán dẫn dùng chế tạo laser bị mở rộng. Sự thay đổi chiết suất của cách tử gây ra sự thay đổi bước sóng cộng hưởng trong buồng cộng hưởng của
laser, sự mở rộng vùng cấm làm cho phổ profil phát xạ của chất bán dẫn cũng thay đổi
dẫn tới làm thay dịc phổ phát xạ của nó. Phổ phát xạ của laser DFB ở một vài nhiệt độ được trình bày trên hình 4.5.
Laser DFB có bước sóng phát xạ 1550.5 nm ở nhiệt độ phòng (23oC). Khi
nhiệt độ đế tang lên 35 oC bước sóng của laser bị dich về bước sóng dài một khoảng
0.65 nm. Khi nhiệt độ đế giảm xuống 10 oC thì bước sóng phát xạ của laser dịch về bước sóng ngắn so với khi ở nhiệt độ phòngmột khoảng 0.55 nm. Để khảo sát chi tiết hơn sự phụ thuộc của bước sóng phát xạ của laser DFB vào sự thay đổi của nhiệt độ đế. Chúng tôi đã thay đổi nhiệt độ đế của laser trong vùng 10- 50 oC với mỗi bước là 1
o
C. Với mỗi bước thay đổi nhiệt độ chúng tôi thu được một bước sóng phát xạ của
laser DFB. Như vậy trong khoảng nhiệt độ trên chúng tôi thu được tỷ lệ /T của laser DFB là 77,5 pm.K-1. Đồ thị mô tả sự phụ thuộc bước sóng phát xạ của laser trình
bày trên hình 4.6
Hình 4.5. Phổ phát xạ của laser DFB bị dịch do thay đổi nhiệt độ
1540 1545 1550 1555 1560 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 23 30 0C 0 C 150C P o w e r (d B m ) Wavelength (nm)
Hình 4.7.Cách tửFBG được bọc hạt nano CdSe (trái); FBG được bọc hat nano sau đó bọc ống teflon ra ngoài cùng (phải)