[实用新型]一种基于脉冲宽度调制的量子光学模块温度控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种基于脉冲宽度调制的量子光学模块温度控制装置。

背景技术

在量子通信领域，在电子设备的温度控制方法上，通常的做法是使用TEC(半导体致冷器)来进行元件或设备的加热及制冷，使用PID反馈算法来实现稳定的温度控制。比如半导体激光器工作时管芯的温度需要恒定，通常的做法是在半导体激光器的驱动芯片下放置一个TEC及热敏电阻，将其封装在充满惰性气体的激光器管壳内，通过引脚连接外部电路。外部电路采集热敏电阻的阻值，根据电阻值计算出当前管芯的温度，外部可编程器件根据采集的温度值进行PID反馈运算，驱动TEC驱动芯片输出相应的电流给TEC进行加热或制冷来保持激光器的温度恒定。

在量子密钥分发系统中，光学模块的性能是决定系统工作稳定性及密钥安全性的重要部件。光学模块主要由光学元件组成，包含光学无源元件和光学有源元件。通常，用于制作光学元件的材料具有较大的热膨胀系数，在高温和低温环境下，光学元件的很多参数如插入损耗、折射率、厚度、带宽等都会随之改变，尤其在低温环境中使用时，光学元件由于热胀冷缩效应，元件还可能会出现碎裂的风险。光学元件厂商给的参数均是在常温下标定的，不能保证在高低温环境下的性能参数。对于光学元件的使用温度范围，元件手册一般都要求工作在环境温度-10℃以上。通常，量子密钥分发系统使用的环境为室温，光学模块的性能比较稳定。然而，在某些特定的应用场合下，量子密钥分发系统中的光学模块需要能够适应更大的温度变化范围。为保证量子密钥分发系统的性能及提高光学元件的使用寿命，光学模块内部的光学元件应尽量保持在0℃以上。

通常，对于部件或元件的温度控制，采用TEC来控制温度的做法能够很好的将温度恒定在设定的值，且温度恒定的精度较高。然而，根据TEC的特性，其工作时一面为热面，另外一面为冷面，器件工作时与外界环境的温度差会加速TEC的氧化。因此，TEC需要置于密封环境下或者对TEC进行封边处理，安装工艺要求较高。另外，TEC加工后形状非常规则，大小基本是固定的，很难与被加热物体形成共面结构，尤其当被加热物体为非规则的形状时，会造成被加热物体内部温度不均匀。TEC的成本相对较高，且需要较复杂的外部驱动电路，不适合应用在不需要将温度控制的非常精确的应用场合。

实用新型内容

本实用新型的所要解决的技术问题是提供一种成本较低的不同于TEC温控的基于脉冲宽度调制(PWM)的量子光学模块温度控制装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：一种基于脉冲宽度调制的量子光学模块温度控制装置，包括温度采集单元(102)、A/D转换电路(103)、滤波电路(1042)、PID调节器(1044)、PWM信号发生器(105)、开关电路(106)、稳压电源电路(107)、功率MOS管(108)、加热模块(109)；

其中温度采集单元(102)设置在量子光学模块(101)的内部，温度采集单元(102)的输出端连接到A/D转换电路(103)的输入端，A/D转换电路(103)输出端连接到滤波电路(1042)的输入端，滤波电路(1042)的输出端连接到PID调节器(1044)，PID调节器(1044)的输出端连接PWM信号发生器(105)的输入端，PWM信号发生器(105)的输出端通过开关电路(106)连接到功率MOS管(108)的控制端，稳压电源电路(107)连接到功率MOS管(108)的输入端，功率MOS管(108)的输出端连接到加热模块(109)，所述加热模块(109)置于量子光学模块的底部。

作为一个实施例，所述滤波电路(1042)、PID调节器(1044)集成在可编程控制单元(104)中。

作为另一个实施例，所述A/D转换电路(103)、滤波电路(1042)、PID调节器(1044)、PWM信号发生器(105)集成在可编程控制单元(104)中。

作为优选的方案，所述加热模块(109)与量子光学模块(101)采用共面结构。

作为优选的方案，所述加热模块(109)采用聚酰亚胺加热电阻膜。

作为优选的方案，所述加热电阻膜不与量子光学模块(101)接触的一面设置保温材料。

进一步具体的，所述温度采集单元(102)包括热敏电阻、接头JP1、运算放大器、电阻R1、R3、R9及电容C1、C3、C7；