专利名称：激光二极管自动测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用来测试光电元件的系统，特别是用来测试光纤通信中的重要光电元件——激光二极管(LD，Laser Diode)的系统。
目前，国内外的LD测试系统及方法的自动化程度、使用效果不尽人意，因此，研制一种能符合生产现场要求的、速度快、自动化程度高的LD自动测试系统，将对提高LD的生产率和质量大有好处。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是它包括计算机、接收计算机指令并向被测激光二极管加载电流的电流源、用于测量被测激光二极管的发光功率并输出信号的光探测器、用于接收光探测器输出的模拟信号并向计算机输出数字信号的A/D变换器、用于接收计算机输出的数字信号指令并向电流源输出模拟信号指令的D/A变换器。
本发明系统的工作原理为计算机通过D/A变换器控制电流源向被测激光二极管加载电流，电流可从0到额定的电流之间变化，额定电流的大小可由功率限值或电流限值决定。在电流流过被测激光二极管时，光探测器同步检测被测激光二极管的发光功率P，并把检测到的信号通过A/D变换器送到计算机，计算机通过A/D变换器读出发光功率P数据并存盘，根据发光功率P、电流I数据绘出P-I曲线，并可根据生产或测试需要，将测试结果通过计算机的显示器显示出来，或用表格的形式打印出来。
本发明系统可以直接对从晶元中解理出来的线性排列的激光二极管进行测试，操作员除了在测试开始时需要安装与定位激光二极管，以及在测试结束后取下激光二极管外，其他测试过程全部自动进行。
本发明系统的测试精度高，测试速度快，并可以适用于多种LD型号和LD生产线多种工位测试需求的优点，使用本发明系统可极大地提高LD的生产率和产品质量。
如
图1所示的本发明系统实施例，它包括计算机、接收计算机指令并向被测激光二极管加载电流的电流源、用于测量被测激光二极管的发光功率并输出信号的光探测器、用于接收光探测器输出的模拟信号并向计算机输出数字信号的A/D变换器、用于接收计算机输出的数字信号指令并向电流源输出模拟信号指令的D/A变换器、用于接收计算机输出的指令并控制电流源加载电流变化的电流档位指令口、用于测量被测激光二极管阴极端和阳极端电流和电压并向A/D变换器输出信号的电流传感器、接收计算机指令并向被测激光二极管的加温和冷却装置发出指令的温度控制器。
光探测器与A/D变换器之间设有用于放大光探测器输出的模拟信号并受计算机控制的放大器；电流传感器与A/D变换器之间设有用于对计算机给定电流和电流源实际加载电流进行比较的电流检测器；电流传感器与A/D变换器之间设有用于比较被测激光二极管阴极端和阳极端电压的压差跟踪器；温度控制器通过温度控制指令口和温度档位指令口接收计算机指令；温度控制器由温度检测器和电压控制器组成。
其中，A/D变换器、D/A变换器、电流档位指令口、温度控制指令口和温度档位指令口设置在计算机接口卡上，计算机接口卡设置在计算机主机内，计算机接口卡通过计算机的ISA接口与计算机连接；电流源、放大器、电流检测器、压差跟踪器和温度控制器设置在控制盒内，控制盒设置在计算机主机内；光探测器和电流传感器设置在测试工作台上。
下面结合附图，对本发明系统实施例作进一步详细说明为驱动被测的激光二极管，必须有电流源，为了高速高智能化，本发明系统实施例中设计成计算机控制的智能电流源，电流源的电路如图6，电流源由计算机通过D/A变换器、电流档位指令口来控制电压、电流变换，为满足测试精度，将电流源发生的电流值大小分成8挡，第一档的电流值最大为15mA，第八档的电流值最大为200mA。最小电流步距为15/4095mA，最大步距为180/500mA，根据测试要求自动调整。步数也可从256～4095连续自动调整，电流源还能滤出电流毛刺。电流总上升曲线按被测LD不同型号的测试要求而决定，而每步距上升曲线则按ΔI＝e(1-n)得到，其中n为上升次数，n＝0，1，2……，k。
虽然电流源输出的电流是由计算机所给定的，但为了测量的可靠性及被测LD的状态显示需要，必须要设置电流检测器，以对电流源输出的实际电流进行检测，以保证测量电流的恒定、精度；电流检测也包括了monitor current(探测器电流)的检测，由此可生成Im-P曲线，Im-P是LD的重要特性曲线。
I-U特性曲线是LD的重要特性曲线之一，要取得I-U特性曲线，必须即时跟踪LD两端的电压变化，因此设定了压差跟踪器，压差跟踪器的电路如图2，压差跟踪器输出UY，UY＝UA-UB，UA为当有电流通过时被测LD阳极端(A点)电压，UB为当有电流通过时被测LD阴极端(B点)电压。
光探测器要有较宽的感光范围，特别是在1310nm～1550nm波长下要有比较好的灵敏度。
P-I特性曲线是LD的最重要的特性曲线。由此，取得LD的功率参数P也是最关键的。但由于产品品种繁多，而且有较大的离散性，所以放大器要用计算机控制，且有自适应能力。功率数值变化范围从几微瓦至数十毫瓦时，放大器由计算机控制来选择放大倍率，以得到最好的测试效果。
本发明系统实施例中的放大器的零点能在每次测量前自动调整，确保了每次零点的准确性。由于光探测器是电流输出的，所以放大器采用电流电压变换形式，以便和A/D相连接。当功率参数测取后，可使用对d2P/dI2曲线求极值的方法计算得出阈值电流Ith。
由于温度是影响LD性能的最重要参数，所以测试过程中对温度的控制是必要的，因此设置了温度控制器，它由温度检测器和电压控制器组成。当温度检测器检测被测激光二极管的温度不在规定范围内时，则由电压控制器调节供给加温或冷却装置的控制电压，从而来改变被测LD的温度，以保证测试结果的正确性。
本发明系统实施例的计算机接口卡，有8个12位A/D通道，一个12位D/A通道，及24个光电隔离的数字指令通道。
A/D通道分别与放大器、电流检测器、压差跟踪器连接，D/A通道用来控制电流源的电流发生指令。24个数字指令通道控制电流源、温度控制器、放大器的倍率。
如图3，本发明系统软件启动时，考虑硬件初始时的不定状态，必须对硬件初始化，然后进入系统菜单。必要时，在计算机进入操作系统时即可初始化完成。
系统数据管理分成如下2种类型。
①文件型，从A/D变换器读入的原始数据，及时地作为文件写入磁盘，便于以后应用。
②数据库型。系统软件与数据库软件链接，将产品数据用数据库格式存入磁盘。测试完毕，将计算结果和元件唯一的编号同样以数据库格式存入磁盘。
系统开始运行时，先选择被测量产品型号，依据产品型号，自动确定功率挡位，测试的电流最大值，电流步进量的基本参数。
系统起动电流源，电流开始循环增加，使电流I＝I+ΔI，ΔI为电流增量。开始检测电流，并判断电流I＞Imax是否，Imax为电流最大限值。如果I＞Imax，就转入数据处理，否则进入检测功率P、电压U，并判断是否超出限值，若超出限值则转入曲线处理，否则直到测试循环数i＞imax时，才转到数据处理。
软件中有自适应智能处理，首先判断曲线比例是否合适，如果合适则绘出曲线、存盘、打印，否则计算差额比例，再次改变功率增益及电流挡位，进入重测循环，直到得出最好的测试结果。
软件有良好的界面及良好的虚拟仪器链接，测试速度快，精度高，其工作界面见图4。
测试结果如图5所示，图中的曲线是描述LD性能的P-I(功率—电流)曲线、U-I(电压—电流)曲线、Im-P(监视器电流—功率)曲线，及阀值电流Ith，动态电阻RS等。这些曲线及数据完整的描述了LD的特性。
根据生产或测试需要，测试结果也可以用表格的形式打印出来。
权利要求
1.激光二极管自动测试系统，其特征在于它包括计算机、接收计算机指令并向被测激光二极管加载电流的电流源、用于测量被测激光二极管的发光功率并输出信号的光探测器、用于接收光探测器输出的模拟信号并向计算机输出数字信号的A/D变换器、用于接收计算机输出的数字信号指令并向电流源输出模拟信号指令的D/A变换器。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于光探测器与A/D变换器之间设有用于放大光探测器输出的模拟信号并受计算机控制的放大器。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于它还包括用于接收计算机输出的指令并控制电流源加载电流变化的电流档位指令口。
4.权利要求1或3所述的系统，其特征在于它还包括用于测量被测激光二极管阴极端和阳极端电流和电压并向A/D变换器输出信号的电流传感器。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于电流传感器与A/D变换器之间设有用于对计算机给定电流和电流源实际加载电流进行比较的电流检测器。
6.如权利要求4所述的系统，其特征在于电流传感器与A/D变换器之间设有用于比较被测激光二极管阴极端和阳极端电压的压差跟踪器。
7.权利要求1或2或3或4或5或6所述的系统，其特征在于它还包括接收计算机指令并向被测激光二极管的加温和冷却装置发出指令的温度控制器；温度控制器通过温度控制指令口和温度档位指令口接收计算机指令；温度控制器由温度检测器和电压控制器组成。
8.权利要求7所述的系统，其特征在于A/D变换器、D/A变换器、电流档位指令口、温度控制指令口和温度档位指令口设置在计算机接口卡上，计算机接口卡通过计算机接口与计算机连接；电流源、放大器、电流检测器、压差跟踪器和温度控制器设置在控制盒内；光探测器和电流传感器设置在测试工作台上。
9.权利要求8所述的系统，其特征在于计算机接口卡和控制盒设置在计算机主机内。
全文摘要
本发明涉及激光二极管自动测试系统，它包括计算机、接收计算机指令并向被测激光二极管加载电流的电流源、用于测量被测激光二极管的发光功率并输出信号的光探测器、A/D变换器、D/A变换器。本发明系统可以直接对从晶元中解理出来的线性排列的激光二极管进行测试，操作员除了在测试开始时需要安装与定位激光二极管，以及在测试结束后取下激光二极管外，其他测试过程全部自动进行。本发明系统的测试精度高，测试速度快，并可以适用于多种LD型号和LD生产线多种工位测试需求的优点，使用本发明系统可极大地提高LD的生产率和产品质量。
文档编号G01M11/02GK1431520SQ0311846
公开日2003年7月23日 申请日期2003年1月14日 优先权日2003年1月14日
发明者陈汉汛, 吉孔武, 刘建国, 徐达伟 申请人:武汉理工大学