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KR20070041686A - Wavelength Temperature Tuning of Semiconductor Lasers with Variable Thermal Impedance - Google Patents

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KR20070041686A
KR20070041686A KR1020067026369A KR20067026369A KR20070041686A KR 20070041686 A KR20070041686 A KR 20070041686A KR 1020067026369 A KR1020067026369 A KR 1020067026369A KR 20067026369 A KR20067026369 A KR 20067026369A KR 20070041686 A KR20070041686 A KR 20070041686A
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South Korea
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semiconductor laser
temperature
wavelength
laser
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잔 립슨
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씨8 메디센서스, 인크.
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Abstract

원하는 온도 상승을 이루기 위하여 조절가능한 열 임피던스 히트 싱크와 연계하여 레이저 자체에 의해 발생되는 열을 사용함으로써 반도체 레이저(또는 다른 장치)의 온도가 원하는 값으로 설정될 수 있는 장치가 개시된다.A device is disclosed in which the temperature of a semiconductor laser (or other device) can be set to a desired value by using heat generated by the laser itself in conjunction with an adjustable thermal impedance heat sink to achieve a desired temperature rise.

Description

가변 열 임피던스를 사용한 반도체 레이저의 파장 온도 튜닝{TEMPERATURE TUNING THE WAVELENGTH OF A SEMICONDUCTOR LASER USING A VARIABLE THERMAL IMPEDANCE}TEMPERATURE TUNING THE WAVELENGTH OF A SEMICONDUCTOR LASER USING A VARIABLE THERMAL IMPEDANCE

본 출원서는 USC 119(e) 하에서 미국 가출원 제60/570,562호 (2004년 5월 14일, Jan Lipson) "가변 열 임피던스를 이용한 반도체 레이저의 파장을 온도 튜닝하는 장치"의 우선권을 주장한다.This application claims the priority of US Provisional Application 60 / 570,562 (Jan Lipson, May 14, 2004) under USC 119 (e) “apparatus for temperature tuning wavelengths of semiconductor lasers using variable thermal impedance”.

본 발명은, 예컨대 반도체 레이저의 온도를 변화시킴으로써 그 파장을 조절하는데 사용될 수 있는, 주로 수동 메커니즘에 의해 장치들을 온도 제어하는 것에 관한 것이다.The present invention relates to temperature control of devices, mainly by manual mechanisms, which can be used to adjust their wavelength, for example by changing the temperature of a semiconductor laser.

반도체 레이저의 파장은 온도의 변화를 제어하여 튜닝되어 왔다. 온도를 변화시키는 두 개의 일반적인 수단으로서는, 열전(thermoelectric) 쿨러와 저항성 히터가 있다. 열전 쿨러는 통상 펠티어 효과(Peltier effect)를 이용한다. 이러한 장치는 펠티어 소자를 통해 흐르는 전류의 방향에 따라서 가열 또는 냉각할 수 있다. 저항성 히터는 전류를 열로 변환하는 저항이다.The wavelength of the semiconductor laser has been tuned by controlling the change in temperature. Two common means of changing the temperature are thermoelectric coolers and resistive heaters. Thermoelectric coolers typically use the Peltier effect. Such a device may be heated or cooled depending on the direction of the current flowing through the Peltier element. Resistive heaters are resistors that convert current into heat.

두 가지 어느 경우에 있어서든지, 온도 변화 방법은 많은 전력을 소모한다. 열전 쿨러의 경우, 펠티어 효과는 효율성을 제한하였으며, 냉각에 필요한 전력 소 모는 통상 레이저에서 소모되는 전력의 수 배이다. 열전 쿨러가 히터로 사용되는 경우, 거의 저항 만큼 효율적이다. 가열이 냉각보다 더욱 전력 소모에 있어 효율적일 수 있는 반면, 여전히 대량의 전력을 공급할 필요는 있다. 이는 일반적으로 레이저를 고온에서 동작시키는 것이 바람직하지 않기 때문이다. 이러한 동작을 방지하기 위하여, 일반적으로 레이저는, 적당한 히트 싱크(heat sink)에 대하여 열 임피던스가 작도록 장착된다. 결과적으로, 레이저 근처에 위치한 히터로부터 높은 추가의 온도를 얻기 위하여는, 레이저에 의해 발생되는 것보다 상당히 큰 규모의 열을 발생시킬 필요가 있다. 히터가 열 흐름에 있어서 레이저의 하향에 위치하고 있다면, 상황은 더욱 악화되며, 이 경우 히트 싱크에 대한 열 임피던스는 더욱 작게 되고, 동일한 온도 상승의 효과를 위해서 더 많은 열이 생성되어야 한다.In either case, the temperature change method consumes a lot of power. For thermoelectric coolers, the Peltier effect has limited efficiency, and the power dissipation required for cooling is usually several times the power consumed by the laser. When a thermoelectric cooler is used as a heater, it is almost as efficient as resistance. While heating may be more efficient at consuming power than cooling, there is still a need to supply large amounts of power. This is because it is generally not desirable to operate the laser at high temperatures. In order to prevent this operation, the laser is generally mounted so that the thermal impedance is small with respect to a suitable heat sink. As a result, in order to obtain a high additional temperature from a heater located near the laser, it is necessary to generate a significantly larger amount of heat than is generated by the laser. If the heater is located downstream of the laser in the heat flow, the situation is even worse, in which case the thermal impedance for the heat sink is smaller and more heat must be generated for the effect of the same temperature rise.

온도 튜닝을 위해 제공되어야 하는 추가의 전력은 전력 소모가 중요한 상황에서, 예컨대, 별로 크기 않은 크기의 배터리로 장시간 동안 장치가 동작된다면, 허용될 수 없다.The additional power that must be provided for temperature tuning cannot be tolerated in situations where power consumption is critical, for example if the device is operated for a long time with a battery of a very small size.

전력 소모의 문제 외에도, 레이저 근처에 히터를 설치하는데 있어 물리적으로 불편할 수 있다. 비용이 심각한 고려사항이고, CD(compact disk) 레이저와 같은 부피가 큰 표준 부품이 사용되어야 한다면, 히터를 추가하기 위하여 패키징을 파손하여 개방할 필요가 있을 수 있다. 따라서, 용이하게 구매할 수 있으며, 패키징을 훼손하지 않고서 레이저의 온도를 조절할 수 있도록 하는 접근 방법에 대한 요구가 있다.In addition to the problem of power consumption, it can be physically inconvenient to install a heater near the laser. If cost is a serious consideration and bulky standard parts such as compact disk (CD) lasers are to be used, it may be necessary to break and open the packaging to add a heater. Accordingly, there is a need for an approach that can be easily purchased and that allows the temperature of the laser to be adjusted without compromising packaging.

미국 특허 제 5,372,753호에서는 레이저의 턴온 사이클 동안 레이저 다이오 드 히트 싱크의 열 임피던스가 변동하는 장치를 개시하고 있다. 이러한 변동은 금속 구조와 에어 갭을 사용하여, 레이저가 워밍업되는 동안에는 그 치수에 의해 금속 구조가 개방되고, 원하는 값의 범위에 온도가 도달한 경우에는 폐쇄되도록 하여 성취된다. 형상 기억 합금으로 얻어지는 등의 온도 변화에서 발생하는 가역성 변형에 의해서 폐쇄가 이루어진다. 이러한 접근 방법은 레이저가 특정의 온도 범위에 도달할 수 있도록 하는 반면, 가장 멀리 도달되는 온도가 크게 변동될 수 있거나 정확하게 제어될 수 있는 방법은 없다. 장치 동작 중에는 열 임피던스의 조절은 불가능하다. 장치의 제작중에 이 값은 고정되며, 이에 따라 온도 범위도 고정된다.US Patent No. 5,372,753 discloses a device in which the thermal impedance of the laser diode heat sink varies during the turn-on cycle of the laser. This variation is achieved by using a metal structure and an air gap to open the metal structure by its dimensions while the laser is warming up and to close it when the temperature reaches a desired value range. The closure is caused by reversible deformation occurring at temperature changes such as that obtained with a shape memory alloy. While this approach allows the laser to reach a specific temperature range, there is no way that the farthest temperature reached can vary widely or be accurately controlled. It is not possible to adjust the thermal impedance during device operation. During the manufacture of the device this value is fixed and thus the temperature range is also fixed.

미국 특허 제 6,243,404호에서는 전체 온도 범위에 걸처 튜닝될 수 있고, 상이한 온도 범위가 제작중에 선택될 수 있는, 레이저 모듈을 개시하고 있다. 레이저 온도가 주변 이상으로 고정된 공지의 량 만큼 상승될 수 있도록 레이저와 가장 먼 히트 싱크 사이에 공지의 열 임피던스성 스페이서를 삽입함으로써 온도 범위가 선택될 수 있다. 다음, 열전 쿨러 등의 2차 제어 메커니즘은 기저 레이저 온도의 근처의 범위에서 레이저 온도를 조절할 수 있다. 이러한 접근법에 있어서, 열 임피던스(및 기저 레이저 온도)는 장치 제작 시에 선택되어, 이후로 고정된다. 그 후, 열 임피던스의 변화를 통해서 온도가 더 조절될 수 있으며, 이러한 접근법은 그 결과의 비효율성으로 인하여 장치 동작 중에 필요한 온도 조절을 성취하기 위해서는 앞서 설명한 가열 또는 냉각 구조에 의존한다.U. S. Patent No. 6,243, 404 discloses a laser module, which can be tuned over the entire temperature range and different temperature ranges can be selected during manufacture. The temperature range can be selected by inserting a known thermal impedance spacer between the laser and the furthest heat sink so that the laser temperature can be raised by a known amount fixed above ambient. Next, a secondary control mechanism such as a thermoelectric cooler can adjust the laser temperature in the range near the base laser temperature. In this approach, the thermal impedance (and the underlying laser temperature) is selected at the time of device fabrication and then fixed. The temperature can then be further adjusted through changes in the thermal impedance, and this approach relies on the heating or cooling structure described above to achieve the required temperature control during device operation due to the inefficiency of the result.

따라서, 반도체 레이저 등의 장치의 온도를 현재의 접근법 보다 더 적은 에 너지를 소모하도록 제어할 필요가 있다.Thus, there is a need to control the temperature of devices such as semiconductor lasers to consume less energy than current approaches.

상기의 제한 사항들과 다른 제한 사항들은 본 발명에 의해 해결되며, 본 발명에서는 레이저(또는 다른 능동 장치)가 그 열 임피던스가 조절될 수 있는 히트 싱크와 연계하여 레이저에 의해 미리 발생된 열을 우선적으로 사용하여 온도 튜닝 될 수 있는 장치를 개시한다.The above and other limitations are addressed by the present invention, in which the laser (or other active device) prioritizes the heat generated in advance by the laser in conjunction with a heat sink whose thermal impedance can be adjusted. Discloses a device that can be temperature tuned using.

일 적용예에 있어서, 반도체 레이저의 파장을 제어가능하게 튜닝하기 위하여 이러한 접근법이 사용된다. 레이저 자체에서 발생되는 열은, 레이저의 방출의 부산물로서, 레이저의 온도를 가변 열 임피던스를 사용하여 조절가능한 양만큼 상승시키는데 사용된다. 이에 의해 레이저의 파장은 온도와 파장의 변동에 의하여 원하는 값으로 조절된다.In one application, this approach is used to controllably tune the wavelength of a semiconductor laser. The heat generated by the laser itself is used as a byproduct of the laser's emission to raise the laser's temperature by an adjustable amount using variable thermal impedance. Thereby, the wavelength of the laser is adjusted to a desired value by variation of temperature and wavelength.

일 구현예에 있어서, 전체의 히트 싱크는 두 개의 부분을 갖는다. 하나의 부분은 레이저에 열적으로 결합되며, 다른 한 부분은 주변과 적절히 결합된다. 두 개의 부분은 서로 열적으로 결합 또는 분리될 수 있으며, 원하는 열흐름에 의해 결정되는 평균 시간동안 결합된다. 낮은 추가의 전력 소모로 원하는 결합/분리를 성취하기 위하여 래치형의 릴레이가 사용될 수 있다. 히트 싱크의 두 부분이 서로 결합되지 않으면, 레이저 자체에서 발생되는 열에 의해 반도체 레이저의 온도는 상승하게 된다. 원하는 온도에 도달하는 경우, 두 히트 싱크 부분은 평균 열 임피던스를 제공하는데 적합한 시간의 분할 동안 서로 결합하여, 레이저 열과 연계하여 원하는 포인트에서 온도를 안정화시킨다.In one embodiment, the entire heat sink has two parts. One part is thermally coupled to the laser and the other part is properly coupled to the surroundings. The two parts can be thermally bonded or separated from each other and combined for an average time determined by the desired heat flow. Latched relays can be used to achieve the desired coupling / disconnection at low additional power consumption. If the two parts of the heat sink are not coupled to each other, the heat generated by the laser itself causes the temperature of the semiconductor laser to rise. When the desired temperature is reached, the two heat sink portions combine with each other during a time division suitable to provide an average thermal impedance, to stabilize the temperature at the desired point in conjunction with the laser heat.

다른 대안의 설계 방법으로서, 두 개의 히트 싱크 부분은 열적으로 서로 접촉하지만, 그 접촉 면적은 조절가능하여, 전체 열 임피던스를 변화시킨다. 예컨대, 변형가능한 재료 또는 액체에 의해 접촉 면적이 결정될 수 있으며, 이는 접촉 면적을 변화시키기 위하여 조절될 수 있다.As another alternative design method, the two heat sink portions are in thermal contact with each other, but their contact area is adjustable to change the overall thermal impedance. For example, the contact area can be determined by the deformable material or liquid, which can be adjusted to change the contact area.

레이저 어셈블리에 2차 히터(예컨대, 저항성 히터)가 설치되어 더 높은 온도에 도달하는데 필요한 시간을 단축시킬 수 있다. 히터는 워밍업 동안(또는 온도를 크게 상승시킬 다른 경우가 필요한 때)에만 턴온 되고 그 후에 턴오프 되므로, 이러한 방법은 에너지 손실이 거의 없이 행해질 수 있다.Secondary heaters (eg, resistive heaters) may be installed in the laser assembly to shorten the time required to reach higher temperatures. Since the heater is turned on only during warming up (or when it is necessary for another case to significantly increase the temperature) and then off, this method can be done with little energy loss.

또한, 다른 제어 메커니즘이 사용될 수 있다. 하나의 접근법으로서, 폐루프 (closed loop) 제어로서 시스템이 동작될 수 있도록 레이저 어셈블리에 온도 센서가 설치되며, 컨트롤러가 온도 센서에 결합되어, 주어진 온도를 유지하도록 히트 싱크의 열 임피던스를 조절한다. 다른 대안의 접근법으로서, 레이저의 출력으로부터 직접적인 피드백을 제공하도록 파장 센서가 사용된다. 컨트롤러는 주어진 파장을 유지하도록 히트 싱크의 열 임피던스를 조절한다. 또한, 컨트롤러는 개루프(open loop) 방법으로 히트 싱크를 동작시킬 수 있다.In addition, other control mechanisms may be used. In one approach, a temperature sensor is installed in the laser assembly so that the system can be operated as a closed loop control, and the controller is coupled to the temperature sensor to adjust the heat impedance of the heat sink to maintain a given temperature. As another alternative approach, wavelength sensors are used to provide direct feedback from the laser's output. The controller adjusts the heat impedance of the heat sink to maintain a given wavelength. The controller can also operate the heat sink in an open loop manner.

이러한 접근법의 하나의 장점으로서, 온도 제어가 주로 수동적이라는 점이다(즉, 외부의 능동 히터 또는 쿨러를 사용하지 않고서). 따라서, 전력 소모가 적다. 또한, 특정 구현예에 있어서, 전체 온도 범위에 걸쳐서 튜닝될 수 있으며, 반도체 레이저의 예에 있어서, 전체 파장의 범위에 걸쳐서 반도체 레이저가 튜닝될 수 있다.One advantage of this approach is that temperature control is primarily passive (ie without using an external active heater or cooler). Therefore, power consumption is low. In addition, in certain embodiments, it may be tuned over the entire temperature range, and in the example of a semiconductor laser, the semiconductor laser may be tuned over the full range of wavelengths.

본 발명의 다른 양태들로는, 상기 장치와 시스템에 해당하는 방법을 포함하며, 반도체 레이저와는 다른 장치들에 적용될 수 있으며, 파장 튜닝과는 다른 목적으로 적용될 수 있다.Other aspects of the invention include methods corresponding to such devices and systems, and may be applied to devices other than semiconductor lasers, and for purposes other than wavelength tuning.

본 발명의 상기 인용한 장점 및 특징들 및 기타의 장점 및 특징들이 성취될 수 있는 방법을 설명하기 위하여, 상기 간단하게 설명한 본 발명의 더욱 특정적인 설명이 첨부 도면들에 도시된 특정 실시예들을 참조하여 이루어지게 된다. 이러한 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예를 나타내며, 따라서 그 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 않되며, 첨부 도면들을 사용하여 자세하게 더욱 특정적으로 본 발명을 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS To describe the above-mentioned advantages and features of the present invention and how other advantages and features can be achieved, the more specific description of the invention briefly described above refers to specific embodiments shown in the accompanying drawings. Will be done. These drawings represent exemplary embodiments of the invention and are therefore not to be considered limiting of its scope, for the purpose of describing the invention in more detail using the accompanying drawings.

도 1은 히트 싱크의 상이한 부분들 사이의 간헐적인 접촉에 의해 조절가능한 열 임피던스가 획득되는 장치를 나타낸 도면이다.1 shows an apparatus in which an adjustable thermal impedance is obtained by intermittent contact between different parts of a heat sink.

도 2는 변형가능한 재료를 사용하여 계속적으로 열 임피던스가 변동되도록 하는 장치를 나타낸 도면이다.FIG. 2 shows a device for continuously varying thermal impedance using deformable materials.

도 1은 히트 싱크의 상이한 부분들 사이의 간헐적인 접촉에 의해 조절가능한 열 임피던스가 성취되는 장치를 나타낸 도면이다. 본 예에 있어서, 레이저 히트 싱크(110)과 제2 히트 싱크(120)의 두 부분으로 히트 싱크가 구현된다. 반도체 레이저(150)는 레이저 히트 싱크(110)에 접촉되지만, 열 흐름이 히트 싱크를 통해 주로 이루어지도록 하우징(160)으로부터 절연된다. 히트 싱크(110)는 두 부분을 함 께 구동하는 액추에이터(170)에 의해 제2 히트 싱크(120)에 열적으로 결합될 수 있다. 일 설계예에서, 액추에이터(170)는 솔레노이드이다.1 shows a device in which an adjustable thermal impedance is achieved by intermittent contact between different parts of a heat sink. In this example, the heat sink is implemented in two parts, the laser heat sink 110 and the second heat sink 120. The semiconductor laser 150 is in contact with the laser heat sink 110, but is insulated from the housing 160 such that heat flow is primarily through the heat sink. The heat sink 110 may be thermally coupled to the second heat sink 120 by an actuator 170 driving the two parts together. In one design, actuator 170 is a solenoid.

도 1은 액추에이터(170)가 연장될 때 레이저 히트 싱크(110)가 제2 히트 싱크(120) 상으로 편향되는 경우를 나타내지만, 다른 대안의 접근법에서는, 레이저 히트 싱크(110)의 위치는 고정되고, 액추에이터(170)는 제2 히트 싱크(120)를 접촉 영역으로 이동시키는데 사용된다.1 illustrates the case where the laser heat sink 110 is deflected onto the second heat sink 120 when the actuator 170 is extended, but in another alternative approach, the position of the laser heat sink 110 is fixed. The actuator 170 is used to move the second heat sink 120 to the contact area.

일 설계예에 있어서, 레이저 히트 싱크(110)는 유용한 회로를 설정하기 위하여 도전성 트레이스(conductive traces)(115)를 포함하는 일체화된 어셈블리의 일부이다. 하나의 접근법으로서, 이러한 회로들(115)은 반도체 레이저(150)의 온도를 감지하는 온도 센서(130)로의 접속점을 포함하는 것이 바람직하다. 센서(170)로부터 얻어지는 온도를 사용하여, 제어 회로(180)는 원하는 온도에 재빨리 도달하여 그 포인트에서의 온도를 안정화하는데 적절한 동작을 수행할 수 있다.In one design, the laser heat sink 110 is part of an integrated assembly that includes conductive traces 115 to set up useful circuitry. As one approach, these circuits 115 preferably include a connection point to a temperature sensor 130 that senses the temperature of the semiconductor laser 150. Using the temperature obtained from the sensor 170, the control circuit 180 can quickly reach the desired temperature and perform an appropriate operation to stabilize the temperature at that point.

제어 회로(180)는 언제 히트 싱크부(110 및 120)가 접촉하며 얼마나 오래 접촉하는지를 결정하는 동작을 수행한다. 레이저(150)의 평형 상태에서의 온도 상승은 이하의 관계식에 의해 지배된다.The control circuit 180 performs an operation of determining when the heat sinks 110 and 120 are in contact and for how long. The temperature rise at the equilibrium state of the laser 150 is governed by the following relationship.

△T = ZHΔT = ZH

여기서, △T 는 제2 히트 싱크부(120)의 온도(본 예에서 일정 온도에 있다고 가정) 이상의 레이저(150)의 온도 상승이며, Z는 레이저(150)로부터 히트 싱크부(120)로의 효율적인 열 임피던스이며, H는 평형 상태에서 레이저(150)에 의해 소 진되고 있는 열이다. 여기서, 열전도 평행 경로는 레이저 히트 싱크부(110)를 통해 열이 전도되지 않는 일반적으로 그러하듯이 설계상 무시할 수 있는 것으로 가정한다.Here, ΔT is the temperature rise of the laser 150 above the temperature of the second heat sink 120 (assuming that it is at a constant temperature in this example), and Z is the effective temperature from the laser 150 to the heat sink 120. Thermal impedance and H is heat exhausted by the laser 150 in equilibrium. Here, it is assumed that the thermally conductive parallel path is negligible in design, as is generally the case where heat is not conducted through the laser heat sink 110.

히트 싱크의 두 부분(110 및 120)이 전체 시간 tt 중에서 시간 t1 동안 접속된다면, 유효 열 임피던스는 다음과 같이 근사화된다:Two parts of the heat sink 110 and 120 have a total time t t If connected during time t 1 , the effective thermal impedance is approximated as follows:

Z = tt/t1 Zc Z = t t / t 1 Z c

Zc 는 액추에이터(170)가 두 부분(110 및 120)을 연결하는 경우 레이저(150)로부터 제2 히트 싱크부(120)로의 열 임피던스이다. 연결 시간 t1 (또는 듀티 사이클 t1/tt)의 조절을 통하여 온도 상승 △T이 원하는 값이 되도록 Z의 원하는 값이 획득될 수 있다.Z c is the thermal impedance from the laser 150 to the second heat sink 120 when the actuator 170 connects the two portions 110 and 120. By adjusting the connection time t 1 (or duty cycle t 1 / t t ), the desired value of Z can be obtained such that the temperature rise ΔT is the desired value.

시간 tt 는 연결된 시간 t1 및 연결되지 않은 시간 (tt - t1) 모두에 있어서 원하는 온도로부터 레이저 어셈블리의 온도 변동치를 제한하도록 선택되는 것이 바람직하다. 이러한 시간 동안 평균 임피던스로부터 열 임피던스가 조절되고 있기 때문에 변동치가 발생한다. 레이저 어셈블리는 다른 질량과 열용량을 갖는 물질의 조합으로 구성된다. 그러나, 해당 물질에 적절한 열용량과 각 질량과의 곱의 합인 열질량을 갖는 것으로 고려될 수 있다. 어셈블리는 레이저 가열(H)과는 비례하고 전체 어셈블리의 열질량에는 반비례하는 양만큼, 주어진 시간동안 온도가 상승될 것이다. 온도 변동치가 설정값(Tv) 보다 낮을 것이 요구된다면, 히트 싱크가 연결되지 않은 시간(tt - t1)은 Tv 만큼 어셈블리가 온도 상승하는데 요구되는 시간 보다 작아야 한다.The time t t is preferably selected to limit the temperature variation of the laser assembly from the desired temperature for both the connected time t 1 and the unconnected time t t -t 1 . During this time fluctuations occur because the thermal impedance is being adjusted from the average impedance. The laser assembly consists of a combination of materials having different masses and heat capacities. However, it can be considered to have a thermal mass that is the sum of the product of the respective mass and the appropriate heat capacity of the material. The assembly will rise in temperature for a given time by an amount proportional to the laser heating (H) and inversely proportional to the thermal mass of the entire assembly. If the temperature fluctuation is required to be lower than the set value T v , the time t t -t 1 without the heat sink connected must be less than the time required for the assembly to rise in temperature by T v .

시간 tt 를 설정하기 위한 두번째의 기준은, 열 임피던스가 시간 간격(t1) 동안의 원하는 평균 보다 작기 때문에, 연결 기간의 종단 부근에서 평균 보다는 낮게 될 것이라는 관찰로부터 비롯될 수 있다. 그러나, 바람직한 실시예에 있어서, 실질적으로 모든 열이 두 개의 히트 싱크부(110 및 120) 사이에서 흐르는 경우, 비연결 기간 동안의 온도 변동치는 연결 기간 동안의 온동 변동치 보다 더 클 것이다. 이는 비연결 기간의 열 임피던스가 적절한 절연에 의해서 매우 크게 된다고 가정되기 때문이다. 따라서, 비연결 기간 동안의 변동치에 기초한 기준이 일반적으로 좀 더 설득력 있게 될 것이다.The second criterion for setting the time t t may result from the observation that the thermal impedance will be lower than the average near the end of the connection period because the thermal impedance is smaller than the desired average during the time interval t 1 . However, in the preferred embodiment, if substantially all of the heat flows between the two heat sinks 110 and 120, the temperature fluctuations during the disconnection period will be greater than the fluctuations during the connection period. This is because the thermal impedance of the disconnected period is assumed to be very large by proper insulation. Thus, criteria based on fluctuations during the non-consolidation period will generally be more convincing.

액추에이터(170)는, 연결이 이루어지도록 적절한 전류가 공급되고, 비연결이 이루어지도록 제2의 적절한 전류가 공급되는 릴레이형의 전기 장치가 되도록 선택될 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 릴레이는 전류의 인가로 인하여 도달되는 위치에서 액추에이터(170)를 래치하고 있다. 그러한 경우, 전류가 중지될 수 있으며, 액추에이터(170)의 위치를 유지하는데 더 이상 아무런 전력이 필요하지 않게 된다. 액추에이터(170)가 자신의 초기 위치에 복귀되어야 하는 경우, 제2 전류가 인가되어 래치를 해제시킨다.Actuator 170 may be selected to be a relay-type electrical device in which a suitable current is supplied to make a connection and a second appropriate current is supplied to make a non-connection. In a preferred embodiment, the relay latches actuator 170 in a position reached due to the application of current. In such a case, the current may be stopped and no more power is needed to maintain the position of the actuator 170. When the actuator 170 needs to return to its initial position, a second current is applied to release the latch.

릴레이는 종래의 솔레노이드에 기초한 것일 수 있으나, 이에 한하지는 않는 다. 기본적으로 동일한 기계적 기능을 갖는 다른 유형의 액추에이터(170)들 또한 사용할 수 있다. 예컨대, MEMS 액추에이터, 압전 액추에이터, 모터 구동 액추에이터, 및 요구되는 편향치와 힘을 생성하는 기타의 액추에이터들을 포함할 수 있다. 평균 전력 소모는 레이저 보다 작거나 그와 동등한 수준일 인 것이 바람직하다. 많은 상이한 전력의 레이저들에 본 발명이 적용가능하므로, 액추에이터의 선택은 부분적으로 레이저에 의존한다. 그러나, 종래의 솔레노이드형 릴레이는 일반적으로 광범위한 레이저 선택에 걸쳐서 잘 동작하며, 저렴할 수 있다.The relay may be based on a conventional solenoid, but is not limited thereto. Other types of actuators 170 that have basically the same mechanical function may also be used. For example, it may include a MEMS actuator, a piezoelectric actuator, a motor driven actuator, and other actuators that produce the required deflection and force. The average power consumption is preferably less than or equal to that of the laser. Since the present invention is applicable to many different power lasers, the choice of actuator depends in part on the laser. However, conventional solenoidal relays generally operate well over a wide range of laser selections and can be inexpensive.

도 1에 도시된 바와 같이, 유리하게도 2차 히터(155)가 채용될 수 있다. 2차 히터(155)는 또한 도전성 트레이스(115)를 통해서 반도체 레이저(150)를 원하는 온도까지 좀 더 빨리 가열시키도록 전력이 인가되는 전력에 유용하게 될 수 있을 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 히터(155)는 전류가 흐르는 저항으로 구성된다. 이러한 저항성 히터(155)는 이러한 기능을 수행하기 위하여 레이저 히터만으로 요구되는 시간에 비하여 짧은 시간에 원하는 온도까지 레이저 어셈블리를 재빨리 가열하는데 사용될 수 있다. 원하는 온도에 도달한 후에, 2차 히터(155)는 턴오프될 수 있다. 레이저 어셈블리의 열질량이 너무 크지 않다면, 2차 히터를 사용함으로 인해 초래되는 에너지 손해는 작은 것이다.As shown in FIG. 1, a secondary heater 155 may advantageously be employed. The secondary heater 155 may also be useful for power to which power is applied to heat the semiconductor laser 150 more quickly through the conductive traces 115 to a desired temperature. In a preferred embodiment, the heater 155 is comprised of a resistance through which a current flows. The resistive heater 155 may be used to quickly heat the laser assembly to a desired temperature in a short time compared to the time required by the laser heater alone to perform this function. After reaching the desired temperature, secondary heater 155 may be turned off. If the thermal mass of the laser assembly is not too large, the energy damage caused by using a secondary heater is small.

히터(155)는 온도 제어가 주로 조절가능한 열 임피던스를 갖는 히트 싱크에 의해 성취된다는 점에서 2차적인 것이다. 예컨대, 초기 가열(예컨대, 시동중)에서 또는 레이저에 의한 가열에 대한 보충으로서(예컨대, 레이저가 한 동작 온도에서 또 다른 동작 온도로 이동되는 경우) 2차 히터(155)가 사용된다. 또한, 제어 회 로(180)는 전류를 임의의 2차 히터(155)에 인가하는 동작을 수행할 수 있다.The heater 155 is secondary in that temperature control is primarily achieved by a heat sink having an adjustable thermal impedance. For example, the secondary heater 155 is used at initial heating (eg during startup) or as a supplement to heating by the laser (eg when the laser is moved from one operating temperature to another operating temperature). In addition, the control circuit 180 may perform an operation of applying a current to any secondary heater 155.

유리하게는, 구리 접지판을 갖는 가요성 회로가 되도록 레이저 히트 싱크(110)가 선택될 수 있다. 설계 길이에 걸쳐 낮은 열 임피던스를 갖는 충분한 폭과 두께의 구리층을 통해 열이 전도되며, 가요성 회로의 일부인 절연층 상에 도전 트레이스(115)들을 사용하여 전기 회로들이 설치될 수 있다. 이는 레이저 어셈블리 내에서 온도 센서, 임의의 2차 히터, 레이저 바이어스 전류 연결구, 및 임의의 모니터 포토다이오드가 직접적으로 연결될 수 있도록 한다.Advantageously, the laser heat sink 110 can be selected to be a flexible circuit with a copper ground plate. Heat is conducted through a copper layer of sufficient width and thickness with low thermal impedance over the design length, and electrical circuits can be installed using conductive traces 115 on an insulating layer that is part of a flexible circuit. This allows the temperature sensor, any secondary heater, laser bias current connector, and any monitor photodiode to be connected directly within the laser assembly.

제어 회로(180)와 레이저 히트 싱크(110) 사이의 연결은, 그 열 임피던스가 크게 되도록 선택되어야 한다. 이는 회로를 설치하는데 사용되는 트레이스들이 요구되는 전류를 유지하는데 필요한 최소 폭과 두께라면 이루어질 수 있다. 트레이스(115)와 제어 회로(180) 사이의 전기적 연결이 이루어지도록 함에 있어서, 가능한 한 작은 치수의 배선들이 사용되는 것이 유리하다. 열흐름을 감소시키기 위하여, 레이저 히트 싱크(110) 자체는 제어 회로(180)에 부착되지 않는 것이 바람직하다.The connection between the control circuit 180 and the laser heat sink 110 should be chosen so that its thermal impedance is large. This can be done if the traces used to install the circuit are the minimum width and thickness needed to maintain the required current. In order to make an electrical connection between the trace 115 and the control circuit 180, it is advantageous to use wires of as small dimensions as possible. In order to reduce heat flow, the laser heat sink 110 itself is preferably not attached to the control circuit 180.

도 1의 예에 있어서, 온도 센서(130)는 레이저 어셈블리 상에 설치되는 것이 유리하다. 센서는 이로부터 온도가 결정될 수 있는 전압을 생성하는 써미스터(thermistor) 또는 반도체 장치일 수 있다. 다른 대안으로서, 레이저의 파장은 몇몇 종류의 파장 센서에 의해 직접 측정되어, 레이저의 파장이 미리 설정된 목표값에 셋팅될 수 있도록 제어 회로(180)의 피드백으로 사용될 수 있다.In the example of FIG. 1, the temperature sensor 130 is advantageously installed on the laser assembly. The sensor can be a thermistor or semiconductor device that generates a voltage from which the temperature can be determined. Alternatively, the wavelength of the laser can be measured directly by some kind of wavelength sensor and used as feedback of the control circuit 180 so that the wavelength of the laser can be set to a predetermined target value.

유리하게는, 열 절연체는 글래스가 되도록 선택될 수 있으며, 더욱 바람직한 실시예에서는, 실질적으로 공기 버블로 충진된 글래스가 되도록 선택될 수 있다. Advantageously, the thermal insulator can be selected to be glass, and in a more preferred embodiment, it can be selected to be substantially glass filled with air bubbles.

이하, 통상적인 동작중에 200mW의 열 에너지를 소비하며, 0.25 nm/℃ 의 파장/온도 계수를 갖는 반도체 레이저에 기초한 예를 설명한다. 20℃의 온도 상승에 해당하는 5nm 만큼 레이저를 튜닝할 것이 요구되는 경우를 고려한다. 레이저 히트 싱크(110)는 제2 히트 싱크(120)에 연결되는 경우 그 열 임피던스가 약 20℃/W가 되도록 선택된다. 그러므로, 항상 연결된다면, 레이저 온도 상승은 4℃가 될 것이다. 이러한 열 임피던스를 성취하기 위해서, 20 mm 길이 × 10 mm 폭 × 0.25 mm 의 두께를 갖는 구리 히트 싱크가 채용될 수 있으나, 직접적인 열흐름 계산은 다른 가능한 치수 또는 재료를 갖도록 해도 충분하다. 절연재의 치수 및 재료는 적어도 120/℃, 바람직하게는 적어도 200℃/W의 열 임피던스를 얻도록 종래의 열흐름 계산을 사용하여 선택될 수 있다. 이러한 경우, 다른 모든 열 경로들은 무시될 수 있다고 가정하면, 200 mW 레이저 가열은 히트 싱크가 항상 연결된 경우 도달되게 되는 온도 보다 적어도 20℃ 만큼 레이저 어셈블리가 상승하도록 할 수 있다. 따라서, 본 예에 있어서, 레이저 파장은 히트 싱크가 항상 연결된 경우와 전혀 연결되지 않은 경우 사이에 적어도 5nm 만큼 변화될 것이 예상될 수 있다.An example based on a semiconductor laser which consumes 200 mW of thermal energy during normal operation and has a wavelength / temperature coefficient of 0.25 nm / ° C will be described. Consider a case where it is required to tune the laser by 5 nm, corresponding to a temperature rise of 20 ° C. The laser heat sink 110 is selected to have a thermal impedance of about 20 ° C./W when connected to the second heat sink 120. Therefore, if always connected, the laser temperature rise will be 4 ° C. To achieve this thermal impedance, a copper heat sink having a thickness of 20 mm long by 10 mm wide by 0.25 mm may be employed, but direct heat flow calculations may be sufficient to have other possible dimensions or materials. The dimensions and materials of the insulation can be selected using conventional heat flow calculations to obtain a thermal impedance of at least 120 / ° C., preferably at least 200 ° C./W. In this case, assuming that all other thermal paths can be ignored, 200 mW laser heating may cause the laser assembly to rise by at least 20 ° C. above the temperature that would be reached if the heat sink was always connected. Thus, in this example, the laser wavelength can be expected to vary by at least 5 nm between when the heat sink is always connected and when not at all.

액추에이터(170)가 제한된 접촉 면적에 의해 과도한 열 임피던스가 부가되지 않도록 연결점에 힘을 가하는 경우, 두 히트 싱크부(110 및 120) 사이에는 적절한 접촉 면적이 바람직하다. 본 예에 있어서는, 제2 히트 싱크(120)도 구리라고 한다면 1 mm2 의 접촉 면적이면 충분하다.When the actuator 170 forces the connection point so that excessive thermal impedance is not added by the limited contact area, an appropriate contact area between the two heat sinks 110 and 120 is desirable. In this example, if the second heat sink 120 is also copper, a contact area of 1 mm 2 is sufficient.

어셈블리에 2차 저항성 히터가 사용되는 경우, 워밍업 시간에 상당한 영향을 주기 위해서는 적어도 레이저 만큼의 열을 제공하도록 장치를 설계하는 것이 바람직하다. 전술한 예에 있어서는, 500 mW 히터가 적절한 선택이 될 것이다. 100 mA의 전류에 대하여는, 저항이 50 Ω이 될 것이다.If a secondary resistive heater is used in the assembly, it is desirable to design the device to provide at least as much heat as laser to have a significant impact on warm up time. In the above example, a 500 mW heater would be a suitable choice. For a current of 100 mA, the resistance will be 50 Ω.

히트 싱크부(110)는 액추에이터(170)와 연결되는 경우 탄성적으로 편항되고, 접촉이 종료되는 경우 통상적인 위치에 복귀될 것이 요구된다. 본 예에 있어서, 약 1 mm의 편향이면 충분하고, 액추에이터(170)는 약 2 mm의 편향을 갖도록 선택될 수 있다. 이러한 경우, 액추에이터(170)는 요구되는 경우를 제외하고 히트 싱크와 접촉할 필요는 없으며, 액추에이터(170)가 연장되지 않는 경우 두 히트 싱크부(110 및 120) 사이에 열이 흐를 필요는 없을 것이다.The heat sink 110 is elastically deflected when connected to the actuator 170 and is required to return to its normal position when the contact is terminated. In this example, a deflection of about 1 mm is sufficient, and the actuator 170 may be selected to have a deflection of about 2 mm. In this case, the actuator 170 need not be in contact with the heat sink except as required, and there will be no need for heat to flow between the two heat sinks 110 and 120 if the actuator 170 is not extended. .

바람직한 실시예에 있어서, 제어 회로(180)는 온도가 폐루프 제어되도록 한다. 회로는 온도 센서(130)의 출력을 판독하는 장치 및 히트 싱크부(110 및 120)를 연결하는데 필요한 시간을 확보하기 위한 적절한 회로를 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 연결 시간을 설정하는 기능을 수행하기 위하기 위하여, 계산 능력을 갖는 마이크로프로세서 또는 특정 목적의(application specific) IC가 사용될 수 있다. 원하는 온도를 성취하기 위하여 많은 가능한 제어 알고리즘들이 존재한다. 이를 위한 만족스러운 한가지 방법은, 적당한 어셈블리의 샘플에 대한 연결 시간의 함수로서 통상적인 온도 변동치에 기초하여 히트 싱크들이 연결되어야 하는 시간의 분할을 예측하는 것이다. 어셈블리의 개별적인 변동성은 센서로부터 측정된 온도가 높거나 낮은지에 따라서 연결된 시간의 분할에 대한 조절을 수행하게 되 는 마이크로프로세서에 의해 보상될 수 있다. 요구되는 시간을 최소화하기 위해서는 레이저가 설정값 근처에 도달할 때까지 히트 싱크부(110 및 120)가 분리되는 것이 바람직하다.In a preferred embodiment, the control circuit 180 allows the temperature to be closed loop controlled. The circuit includes a device that reads the output of the temperature sensor 130 and appropriate circuitry to ensure the time required to connect the heat sinks 110 and 120. In a preferred embodiment, a microprocessor or application specific IC with computing power may be used to perform the function of setting the connection time. There are many possible control algorithms to achieve the desired temperature. One satisfactory method for this is to predict the division of time that heat sinks should be connected based on typical temperature fluctuations as a function of connection time for a sample of a suitable assembly. Individual variability of the assembly can be compensated for by the microprocessor, which will make adjustments to the division of the connected time depending on whether the temperature measured from the sensor is high or low. In order to minimize the time required, it is desirable that the heat sinks 110 and 120 be separated until the laser reaches near the set point.

도 1에 있어서, 제어 회로(180)는 또한 액추에이터(170)를 구동하는 장치를 포함한다. 2차 히터가 채용되는 경우에는, 히터에 전류를 공급하는 또 다른 장치가 제어 회로에 추가된다.In FIG. 1, the control circuit 180 also includes a device for driving the actuator 170. If a secondary heater is employed, another device for supplying current to the heater is added to the control circuit.

전술한 시간 평균 기법을 사용하는 것 보다는, 열 임피던스가 지속적으로 어떤 범위에 걸쳐 조절가능한 제어 구조를 구현할 수도 있다. 도 2는 레이저 히트 싱크(110)와 제2 히트 싱크(120) 사이의 접촉 영역을 조절함으로써, 이 둘 사이에 조절가능한 힘을 제공함으로써 이를 성취하는 예를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 유리하게도 실현 가능한 힘으로 접촉 영역에 큰 변화가 일어날 수 있도록 두 히트 싱크부(110 및 120) 사이에 변형가능한 재료(210)가 위치된다. 용이하게는, 이 재료는 유리하게는 낮은 탄성 계수를 갖는 고체 또는 액체로 선택될 수 있다. 액체인 경우, 레이저 히트 싱크(110)와 제2 히트 싱크(120) 사이에 힘이 아니라 간격을 제어할 필요가 있다. 유리하게는, 액체는 오일 또는 수은으로 선택될 수 있다. 적당한 변형가능한 고체는 구형으로 얻어질 수 있다. 적합한 재료의 선택으로는 알루미늄 또는 구리를 포함할 수 있다.Rather than using the time averaging technique described above, it is possible to implement a control structure in which thermal impedance is continuously adjustable over a range. 2 shows an example of achieving this by adjusting the contact area between the laser heat sink 110 and the second heat sink 120, thereby providing an adjustable force between the two. As shown in FIG. 2, a deformable material 210 is located between the two heat sinks 110 and 120 such that a large change in the contact area can be advantageously achieved. Conveniently, this material may advantageously be selected as a solid or a liquid having a low modulus of elasticity. In the case of liquid, it is necessary to control the distance, not the force, between the laser heat sink 110 and the second heat sink 120. Advantageously, the liquid can be selected as oil or mercury. Suitable deformable solids can be obtained in the form of spheres. Selection of suitable materials may include aluminum or copper.

레이저 어셈블리, 파장 및 파장 범위, 형상 요소들, 히트 싱크의 형태 등의 특정 선택은 부분적으로는 적용예에 의존할 것이다. 가능한 적용예의 일 부류로서 라만 분광기(Raman Spectroscopy)가 있다. 이러한 적용예에 있어서는, 정확하게 형광의 배경과 측정 아터이팩트들(artifacts)을 정확하게 추출하는데 상이한 파장 측정법이 유용할 수 있다. 일 구현예에 있어서, 반도체 레이저를 이용한 830 nm 의 레이저 파장을 사용한다. 유리하게는, 레이저가 TO-헤더형 패키지에 설치된다. 유리하게는, 레이저는 0.2 nm 보다 작은 정밀도로 안정화될 수 있으며, 및/또는 약 1nm 씩 정밀하게 튜닝되어, 튜닝 전후에 스펙트럼에 있어서 감산이 이루어질 수 있다.The particular choice of laser assembly, wavelength and wavelength range, shape elements, shape of heat sink, etc. will depend in part on the application. One class of possible applications is Raman Spectroscopy. In this application, different wavelength measurements may be useful to accurately extract the background of fluorescence and the measurement artifacts. In one embodiment, a laser wavelength of 830 nm using a semiconductor laser is used. Advantageously, the laser is installed in a TO-header type package. Advantageously, the laser can be stabilized with a precision of less than 0.2 nm, and / or finely tuned by about 1 nm, so that subtraction can be made in the spectrum before and after tuning.

또 다른 적용예로는 광통신이 있다. 예컨대, 반도체 레이저는 1550 nm 근처의 파장을 가질 수 있으며, 또한 유리하게는 TO-헤더형 패키지에 설치될 수 있다. 밀집한 파장분할 다중화 시스템에 있어서는, 통상적인 채널간 간격이 약 0.8 nm 이다. 전술한 접근법은 채널 간격 보다 정밀한 정밀도로, 잠재적으로는 전력 소모에 있어서 큰 장점을 가지고, 레이저를 제어하는데 사용될 수 있다. 널리 활용되고 있는 좀 더 소형의 패키징 구조에서는, 이는 매우 유리하다.Another application is optical communication. For example, the semiconductor laser may have a wavelength near 1550 nm and may advantageously be installed in a TO-header type package. In dense wavelength division multiplexing systems, the typical interchannel spacing is about 0.8 nm. The above approach can be used to control the laser with more precise precision than the channel spacing, potentially with great advantages in power consumption. In smaller packaging structures that are widely used, this is very advantageous.

상세한 설명에서 많은 세부 사항들이 포함되어 있지만, 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 않되며, 단지 본 발명의 다른 예들과 양태들을 나타내는 것으로 해석되어야 한다. 본 발명의 범주는 전술하지 않은 다른 실시예들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 청구범위에 정의되는 바와 같이, 본 발명의 개념과 범주로부터 일탈하지 않고서, 본 명세서에 개시된 본 발명의 방법 및 장치의 구성, 동작, 및 세부사항들에 있어서, 당업자에게 자명할 수 있는 다양한 다른 변형예, 변경예, 개조예들이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위와 그 법적 균등물로서 판정되어야 한다.Although many details are included in the detailed description, they should not be construed as limiting the scope of the invention, but as merely indicating other examples and aspects of the invention. It is to be understood that the scope of the present invention includes other embodiments which are not described above. As defined in the appended claims, various modifications that may be apparent to those skilled in the art in the construction, operation, and details of the method and apparatus of the present invention disclosed herein without departing from the spirit and scope of the present invention. Other variations, modifications, and alterations may be made. Accordingly, the scope of the invention should be determined as that of the appended claims and their legal equivalents.

Claims (25)

반도체 레이저의 파장을 튜닝하는 장치에 있어서,In the device for tuning the wavelength of a semiconductor laser, 상기 반도체 레이저에 의해 생성되는 광빔의 파장이 상기 반도체 레이저의 온도의 함수로 변동되는 반도체 레이저;A semiconductor laser whose wavelength of the light beam produced by the semiconductor laser is varied as a function of the temperature of the semiconductor laser; 상기 반도체 레이저에 열적으로 결합되며, 조절가능한 열 임피던스를 갖는 히트 싱크; 및A heat sink thermally coupled to the semiconductor laser, the heat sink having an adjustable thermal impedance; And 상기 광빔의 파장이 주어진 파장에서 유지되도록 상기 히트 싱크의 열 임피던스를 조절하는 컨트롤러를 포함하는 장치.And a controller to adjust the thermal impedance of the heat sink such that the wavelength of the light beam is maintained at a given wavelength. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반도체 레이저의 온도는 주로 상기 반도체 레이저에 의해 생성되는 열 및 상기 히트 싱크의 열 임피던스에 의해 결정되는 장치.Wherein the temperature of the semiconductor laser is determined primarily by the heat generated by the semiconductor laser and the thermal impedance of the heat sink. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반도체 레이저는, 주어진 파장에서 상기 광빔의 파장을 유지하기 위해 외부 장치에 의해 능동적으로 가열 또는 냉각되지 않는 장치.The semiconductor laser is not actively heated or cooled by an external device to maintain the wavelength of the light beam at a given wavelength. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반도체 레이저에 의해 발생하는 열전달은 주로 히트 싱크를 통해 발생 하는 장치.The heat transfer generated by the semiconductor laser is mainly generated through the heat sink. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 히트 싱크는,The heat sink is, 상기 반도체 레이저에 열적으로 결합되는 제 1 히트 싱크부; 및A first heat sink thermally coupled to the semiconductor laser; And 스위칭 가능하게 상기 제1 히트 싱크에 열적으로 결합 또는 분리될 수 있는 제 2 히트 싱크부를 구비하며,A second heat sink that is switchable to be thermally coupled to or separated from the first heat sink, 상기 컨트롤러는 상기 제 1 히트 싱크부에 대하여 상기 제 2 히트 싱크부의 열적 결합의 듀티 사이클(duty cycle)을 조절함으로써 상기 히트 싱크의 열 임피던스를 조절하는 장치.And the controller adjusts a thermal impedance of the heat sink by adjusting a duty cycle of thermal coupling of the second heat sink to the first heat sink. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제 1 히트 싱크부와 상기 제 2 히트 싱크부 사이의 기계적 접촉을 형성 및 해제하여 상기 제 1 히트 싱크부와 상기 제 2 히트 싱크부를 스위칭 가능하도록 열적으로 결합 또는 분리시키는 액추에이터를 더 포함하는 장치.And an actuator for forming and releasing mechanical contact between the first heat sink and the second heat sink to thermally couple or disconnect the first heat sink and the second heat sink to be switchable. . 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 액추에이터는 솔레노이드를 포함하는 장치.The actuator includes a solenoid. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 솔레노이드가 접촉 위치 및/또는 비접촉 위치에서 래치되는 장치.And the solenoid is latched in a contact position and / or a noncontact position. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 히트 싱크는,The heat sink is, 상기 반도체 레이저에 열적으로 결합되는 제 1 히트 싱크부; 및A first heat sink thermally coupled to the semiconductor laser; And 상기 제 1 히트 싱크부와 열적으로 접촉하는 제 2 히트 싱크부를 포함하며,A second heat sink in thermal contact with the first heat sink, 상기 열 접촉의 영역이 일련의 영역에 걸쳐 연속적으로 조절가능하며, 상기 컨트롤러는 상기 열 접촉의 영역을 조절함으로써 상기 히트 싱크의 열 임피던스를 조절하는 장치.Wherein the region of thermal contact is continuously adjustable over a series of regions, the controller adjusting the thermal impedance of the heat sink by adjusting the region of thermal contact. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 열 접촉의 영역을 형성하는 변형가능한 재료를 더 포함하는 파장 튜닝 장치.And a deformable material forming the area of thermal contact. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 변형가능한 재료는 액체인 장치.The deformable material is a liquid. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 변형가능한 재료는 형태가 구형(spherical)인 장치.The deformable material is spherical in shape. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 히트 싱크는,The heat sink is, 제 2 히트 싱크부; 및A second heat sink; And 상기 제 2 히트 싱크부에 상기 반도체 레이저를 열적으로 결합하는 제 1 히트 싱크부를 포함하며,A first heat sink configured to thermally couple the semiconductor laser to the second heat sink, 다른 한편으로 상기 제 1 히트 싱크부는 부분적으로 공기로 충진된 글래스에 의해 열적으로 절연되는 장치.On the other hand, the first heat sink is thermally insulated by glass partially filled with air. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 히트 싱크는,The heat sink is, 상기 반도체 레이저에 열적으로 결합되는 제 1 히트 싱크부; 및A first heat sink thermally coupled to the semiconductor laser; And 상기 제 1 히트 싱크부에 조절가능하게 열적으로 결합될 수 있는 제 2 히트 싱크부를 포함하며,A second heat sink that is adjustable thermally coupled to the first heat sink; 상기 제 1 히트 싱크부는 상기 반도체 레이저에 전기적으로 연결되도록 해주기 위한 도전성 트레이스 또한 포함하는 일체형 어셈블리의 일부인 장치.And the first heat sink portion is part of an integrated assembly that also includes conductive traces for electrically connecting to the semiconductor laser. 제 14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 제 1 히트 싱크부는 연성 회로의 구리층을 포함하는 장치.And the first heat sink portion comprises a copper layer of a flexible circuit. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광빔의 파장은 전체 파장의 범위에 걸쳐서 조절가능한 장치.Wherein the wavelength of the light beam is adjustable over the entire range of wavelengths. 제 16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 파장의 범위는 적어도 1.0 nm에 걸쳐 있는 장치.Wherein the wavelength ranges over at least 1.0 nm. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 2차 히터를 더 포함하며,It further comprises a secondary heater, 상기 컨트롤러는 상기 반도체 레이저의 초기 가열을 위해 상기 히터를 활성화시키는 장치.The controller activates the heater for initial heating of the semiconductor laser. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 2차 히터를 더 포함하며,It further comprises a secondary heater, 상기 컨트롤러는 상기 반도체 레이저의 보충 가열을 위하여 상기 히터를 활성화시키는 파장 튜닝 장치.And the controller activates the heater for supplemental heating of the semiconductor laser. 제 19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 2차 히터는 저항성 히터를 포함하는 장치.The secondary heater includes a resistive heater. 제 1항에 있어서, 상기 컨트롤러는 프로세서를 포함하는 장치.The apparatus of claim 1, wherein the controller comprises a processor. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반도체 레이저의 온도를 감지하는 온도 센서를 더 포함하며,Further comprising a temperature sensor for sensing the temperature of the semiconductor laser, 상기 컨트롤러는 상기 온도 센서에 결합되어, 상기 반도체 레이저의 온도가 주어진 파장에 해당하는 온도에서 유지되도록 상기 히트 싱크의 열 임피던스를 조절하는 장치.The controller is coupled to the temperature sensor to adjust the thermal impedance of the heat sink such that the temperature of the semiconductor laser is maintained at a temperature corresponding to a given wavelength. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광빔의 파장을 감지하는 파장 센서를 더 포함하며,Further comprising a wavelength sensor for sensing the wavelength of the light beam, 상기 컨트롤러는 상기 파장 센서에 결합되어, 상기 광빔의 파장이 주어진 파장에서 유지되도록 상기 히트 싱크의 열 임피던스를 조절하는 장치.The controller is coupled to the wavelength sensor to adjust the thermal impedance of the heat sink such that the wavelength of the light beam is maintained at a given wavelength. 반도체 레이저의 온도를 제어하는 장치에 있어서,In the apparatus for controlling the temperature of a semiconductor laser, 반도체 레이저;Semiconductor lasers; 상기 반도체 레이저에 열적으로 결합되며, 조절 가능한 열 임피던스를 갖는 히트 싱크; 및A heat sink thermally coupled to the semiconductor laser, the heat sink having an adjustable thermal impedance; And 상기 반도체 레이저의 온도가 주어진 온도에 유지되도록 상기 히트 싱크의 열 임피던스를 조절하는 컨트롤러를 포함하는 장치.And a controller to adjust the thermal impedance of the heat sink such that the temperature of the semiconductor laser is maintained at a given temperature. 제 24항에 있어서,The method of claim 24, 상기 주어진 온도는 적어도 1℃의 온도 범위에 걸쳐서 조절 가능한 장치.Wherein said given temperature is adjustable over a temperature range of at least 1 ° C.
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