一种激光二极管叠阵中单巴条功率与稳定性测量装置及方法与流程

本发明涉及一种激光二极管叠阵中单巴条功率与稳定性测量装置及方法，属于半导体激光器技术领域。

背景技术：

高功率激光二极管(ld)泵浦激光器因其具有的各种优点，得到了广泛的应用。但是，要获得更高的激光能量输出，相对于端面泵浦，侧面泵浦是更好的方式。侧面泵浦技术广泛应用于侧面泵浦激光放大模块，高功率半导体激光器研制等多个领域。激光二极管泵浦固体激光器具有能量转换效率高、输出功率高、光束质量高、结构紧凑及使用寿命长等优点，成为新一代固体激光器的主角。

半导体激光器在运行过程中会产生大量热损耗，由于热效应引起的激光晶体应力畸变已成为制约半导体激光器发展的关键问题之一。半导体激光器的泵浦源阵列的每个发光单元发射功率会受到封装工艺等影响，造成输出功率不一致，后期封装后单巴条工作状态可能会发生变化；另外由于ld在选材，研发工艺等方面的差异，其单巴条输出功率必然也会存在差异。由于这种差异的存在，ld叠阵或者面阵功率一致性随之下降，即泵浦光强度分布不均匀，导致晶体对泵浦光的吸收不均匀，引起晶体内部热分布畸变，热效应畸变累积过高将直接影响激光器的效率、输出光束质量，甚至造成激光晶体炸裂等损失。因此有必要对封装后的阵列中的单巴条进行功率及其稳定性的测试。

但目前现有技术，无法对封装后的ld叠阵的单巴条功率进行测试，因此现有的技术不能解决叠阵封装后各个单巴条的功率一致性测试问题。

技术实现要素：

本发明技术解决问题：克服现有技术的不能测量已经封装的激光二极管叠阵中的单巴条功率的难题，提供一种易于实现的激光二极管叠阵中单巴条功率及稳定性测量装置，能够采集并测试已经封装好的激光二极管阵列中单巴条的功率及稳定性，解决叠阵封装后各个单巴条的功率测试问题。

本发明技术解决方案：一种激光二极管叠阵中单巴条功率与稳定性测量装置，包括：激光二极管叠阵、导光管、平移台、光分离波导反射器、积分球、测试窗口、功率计和光收集器；

激光二极管叠阵：固定在平移台上，所述激光二极管叠阵由多个巴条沿快轴方向堆叠而成，不同巴条之间有一定间距，单个巴条发出的激光在快轴方向发散角较大，在慢轴发散角较小；

导光管：当导光管入口与待测巴条对齐后，待测巴条发出的激光能够全部耦合进入导光管并传输到积分球内，而其它巴条发出的激光则不能进入导光管；

平移台：调节平移台，使激光二极管叠阵中待测单巴条与导光管对齐；

光分离波导反射器：反射掉除待测试巴条以外的其他巴条的激光功率，包括两组光分离波导反射器，分别位于导光管的上下，当待测单巴条发出的激光与导光管对齐时，该待测单巴条上面的巴条发出的激光全部进入导光管上方的光分离波导反射器内，在内部传输一段距离后经通过反射将激光传输到光收集器中；该待测单巴条下面的巴条发出的激光全部进入导光管下方的光分离波导反射器内，在内部传输一段距离后经通过反射将激光传输到光收集器中；

积分球：对导光管导入的激光功率进行匀化；在积分球上开置测试窗口，放置功率计探头，待测单巴条通过导光管的激光入射到积分球内，在积分球内多次反射并匀化；

功率计：测量积分球上测试窗口面积上的激光功率，将测得的功率在积分球内表面积分就能够得到积分球内的激光功率；或将一系列的已知功率的激光入射到积分球内，测量功率计的功率，将功率拟合成功率曲线并保存，每次实际测量时，根据功率计的功率和功率曲线，通过与功率曲线对比并计算求解入射到积分球内的激光功率；

调整平移台的位置，使激光二极管叠阵中的单巴条依次与导光管对齐，并记录功率计的激光功率，就能够测量激光二极管叠阵中全部单巴条的激光功率；通过测试一定时间段内的单个巴条功率的变化，就能测试激光二极管叠阵中单巴条功率稳定性。

所述激光二极管叠阵中，不同巴条之间的一定间距为1.5mm至20mm。

所述激光二极管叠阵中，巴条的一定间距可以是相同的，也可以是不同的。

所述激光二极管叠阵中单巴条的快轴发散角的全角范围为60°至70°，慢轴发散角的全角范围10°至12°。

若导光管的侧面不满足全内反射条件，则导光管的侧面需要镀高反膜，所述高反膜高于95％，优选高于99.9％。

所述光分离波导反射器是透明材料六面体或是将矩形六面体的一个角切成一定角度，单巴条输出的激光通过入射面入射到反射器内后，在斜面上反射，经出射面出射。

所述导光管是一种薄片状矩形波导。

所述导光管的入口距离发光面的距离l0由激光二极管叠阵中待测巴条和其相邻的巴条的间距δ，以及单巴条的快轴发散角2θ共同决定，相邻巴条在快轴方向的重叠点离发光面的水平距离l与巴条间距δ和发散角2θ的关系有下式决定：

导光管的入口距离发光面的距离l0应小于l，导光管厚度t满足：

2l0tgθ<t<δ。

所述导光管的入口和出口镀有增透膜，增透膜的透过率高于95％，优选高于99.9％。

一种激光二极管叠阵中单巴条功率及稳定性测量方法，实现如下：激光二极管叠阵由多个巴条沿快轴方向堆叠而成，导光管设置在待测单巴条正前方，导光管的入口设置在不同巴条发光面重叠之前，待测单巴条发出的激光能够全部耦合进入导光管，而其巴条发出的激光不能进入导光管；待测单巴条发出的激光耦合进入导光管以后，通过导光管的出口进入积分球中，部分激光在积分球中多次反射并匀化后，其中一部分功率被积分球上测试窗口连接的功率计接收，将这一部分功率按照积分球的总面积进行积分求和就能得到单个巴条发出的激光的功率，其它巴条发出的激光进入光分离波导反射器，在光分离波导反射器的斜边上发生反射，进入杂光收集器；通过平移台移动激光二极管叠阵，依次将激光二极管叠阵中的单个巴条与导光管对齐，就能测试激光二极管叠阵中的各个巴条功率，通过测试一定时间段内的单个巴条功率的变化，就能测试激光二极管叠阵中单巴条功率稳定性，最后通过数据处理及分析，得到激光二极管叠阵单巴条功率及稳定性的结果和空间分布图。

本发明与现有技术相比的优点在于：现有的技术，无法测量激光二极管叠阵中单个巴条的功率。激光二极管叠阵中的单巴条发出的激光，快轴方向发散角较大(常见的全角60至70°)，慢轴发散角较小(常见的全角10至12°)。因此，叠阵中不同巴条发出的激光在快轴方向迅速发散并重叠。叠阵完成组装之后，一般很难测试叠阵中单个巴条的功率及功率稳定性。本发明采用特别设计的导光管技术能够采集并测试已经封装好的激光二极管阵列中单巴条的功率及稳定性，适用于激光二极管叠阵的测试研究，尤其对叠阵中单巴条功率分布要求高的范围。在本发明中，根据巴条的快慢轴发散角的特征，通过计算分析设计特定尺寸的导光管，将激光二极管叠阵中单个巴条发出的激光导入积分球中，测量单个巴条发出的激光功率及稳定性。通过调整平移台的位置，就可以依次测量整个叠阵中所有巴条的功率及稳定性。应用范围包括激光放大模块、半导体泵浦固体激光器，激光美容，激光医疗，半导体照明，其衍生产品广泛应用于光电对抗、空间碎片探测、激光雷达、激光医疗、激光照明和空间通讯等领域。

附图说明

图1为本发明的装置的组成框图；

图2为本发明的单巴测试中单个巴条与导光管距离的详细说明图。

具体实施方式

本发明涉及一种激光二极管叠阵中单巴条激光功率与稳定性测量装置及方法，包括：激光二极管叠阵、导光管、平移台、光分离波导反射器、积分球、探测窗口、功率计、杂光收集器；激光二极管叠阵中的单巴条发出的激光，快轴方向发散角较大，慢轴方向发散角较小，因此叠阵中不同巴条发出的激光在快轴方向迅速发散并重叠。叠阵完成组装之后，很难测试单个巴条的功率及功率稳定性。本发明装置中的导光管设置在待测单巴条正前方，导光管的入口设置在不同巴条发光面重叠之前，待测单巴条发出的激光能够全部耦合进入导光管；而其它二极管巴条发出的激光进入光分离波导反射器，在光分离波导反射器的斜边上发生反射，进入杂光收集器，不能进入导光管。待测单巴条发出的激光耦合进入导光管以后，通过导光管的出口进入积分球中，该部分激光在积分球中匀化后，即可用功率计测试单巴条激光的功率。通过平移台移动激光二极管叠阵，依次将叠阵中的单个巴条与导光管对齐，就能测试叠阵中的各个巴条的功率和功率稳定性。

如图1所示，本发明的一种激光二极管叠阵中单巴条功率及稳定性测量装置，包括：激光二极管叠阵1、导光管2、平移台3、光分离波导反射器4、积分球5、探测窗口6、功率计7和光收集器8；

激光二极管叠阵1：由多个巴条沿快轴方向堆叠而成，不同巴条之间有一定间距，单个巴条发出的激光在一个方向上发散角较大(快轴方向)，在与之垂直的另一方向上发散角较小(慢轴方向)；激光二极管叠阵中的单巴条发出的激光，快轴方向发散角较大(常见的全角60°至70°)，慢轴发散角较小(常见的全角10°至12°)

导光管2：它可以但不限于是一种薄片状矩形波导。导光管的入口和出口镀有待测激光二极管波长的增透膜(透过率高于95％，优选的高于99.9％)，导光管的侧面可以镀待测激光波长高反膜(若满足全内反射条件可以不镀膜)。入口距离发光面的距离l0由激光二极管叠阵中待测巴条和其相邻的巴条的间距δ，以及单巴条的快轴发散角2θ共同决定。根据图2所示，相邻巴条在快轴方向的重叠点离发光面的水平距离l与巴条间距δ和发散角2θ的关系有下式决定：

导光管的入口距离发光面的距离l0应小于l，导光管厚度t应该满足：

2l0tgθ<t<δ

当导光管2入口与待测巴条对齐后，待测巴条发出的激光能够全部耦合进入导光管2并传输到积分球5内，而其它巴条发出的光不能进入导光管；

平移台3：激光二极管叠阵1固定在平移台上，调节平移台，使叠阵中待测单巴条与导光管2对齐。

光分离波导反射器4：装置中一般包括2组光分离波导反射器，分别位于上述导光管2的上下。当待测单巴条发出的光与导光管2对齐时，该待测单巴条上面的巴条发出的激光全部进入上方的光分离波导反射器，在内部传输一段距离后经通过反射将激光传输到光收集器8中；

积分球5：待测单巴条通过导光管2的激光入射到积分球内，在积分球了得到无穷多次反射后得到匀化，可以认为积分球内表面的激光功率密度相同，通过测量一个小开口面积上的光功率，并将其按照整个积分球内表面积分，就可以得到整个积分球内的功率，也就是待测单巴条发出的功率。

测试窗口6：在积分球5上开置测试窗口，放置功率计探头或探头接口。

功率计7：用于测量积分球上测试窗口面积上的激光功率，通过积分球匀化参数及相应比例关系，标定并校正功率计测试结果，对单个巴条的输出激光功率及稳定性进行测量。根据前述，将测得的功率在积分球内表面积分就可以得到积分球内总功率。实际上，也可以将一系列的已知功率的激光入射到积分球内，测量功率计的功率，并将其拟合成功率曲线，并将其保存。每次实际测量时，根据功率计的功率和功率曲线，就可以通过与功率曲线对比并计算求解入射到积分球内的激光功率。

利用本发明装置，可以测量激光二极管叠阵中单个巴条的激光功率，测量一定时间内的激光功率变化就可以得到功率稳定性。

通过调整平移台的位置，使激光二极管叠阵中的单巴条依次与装置中的导光管2对齐，并记录功率计的功率，就可以测量激光二极管中全部单巴条的功率。类似的，也可以测量全部单巴条的功率稳定性。

激光二极管叠阵由多个巴条沿快轴方向堆叠而成，导光管设置在待测单巴条正前方，导光管的入口设置在不同巴条发光面重叠之前，待测单巴条发出的激光能够全部耦合进入导光管，而其巴条发出的激光不能进入导光管；待测单巴条发出的激光耦合进入导光管以后，通过导光管的出口进入积分球中，部分激光在积分球中多次反射并匀化后，其中一部分功率被积分球上测试窗口连接的功率计接收，将这一部分功率按照积分球的总面积进行积分求和就能得到单个巴条发出的激光的功率，其它巴条发出的激光进入光分离波导反射器，在光分离波导反射器的斜边上发生反射，进入杂光收集器；通过平移台移动激光二极管叠阵，依次将激光二极管叠阵中的单个巴条与导光管对齐，就能测试激光二极管叠阵中的各个巴条功率，通过测试一定时间段内的单个巴条功率的变化，就能测试激光二极管叠阵中单巴条功率稳定性，最后通过数据处理及分析，得到激光二极管叠阵单巴条功率及稳定性的结果和空间分布图。

测试步骤：

(1)首先打开激光二极管叠阵的冷却水箱及激光电源，调节至正常稳定工作状态。

(2)其次将激光二极管叠阵置于二维平移台上，通过调整平移台位置，使单个巴条对准导光管，要求导光管仅接收单个巴条发射的全部激光功率。通过功率计对单个巴条输出功率及稳定性进行采集测量。

(3)然后移动二维平移台，使导光管对准下一个巴条，重复上述测试步骤，依次完成对整个激光二极管叠阵单巴条输出功率及稳定性的测量。

(4)最后通过数据处理及分析，可以得到激光二极管叠阵单巴条激光输出功率及稳定性的结果和空间分布图。

提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。