专利名称：半导体激光器参数测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体激光器参数测量装置，属于半导体激光器测试仪器领域。
背景技术：
半导体激光器具有体积小、容易泵浦、效率高、能直接调制等优点。近年来随着其技术的不断发展，它在泵浦固体激光器、材料加工、医学诊断与治疗、空间通信、光存储等方面己得到广泛的应用。半导体激光器的性能参数是评价激光器好坏的依据和标准，同时，只有深刻理解激光器的各种参数特性，才能正确使用激光器，并尽可能的延长其寿命。
多年来，为了使半导体激光器应用于激光照明领域，人们已经进行了大量研究工作。目前国外有美国的Newport公司、Keithley公司、Ilxlightwave公司以及加拿大的Telops公司都开发出来了LD参数测试系统。系统主要的特点是采用模块化设计，自动化或半自动化测试，其智能化程度高、精度高，但测试设备价格昂贵。国内的LD参数测试系统产品大都不能实现连续测试，功能单一，工作效率低。
发明内容
本发明的目的是提出一种半导体激光器参数测量装置，用于对半导体激光器的多种参数进行自动化测量，而且降低设备的成本，以提高产品的市场竞争力。
本发明提出的半导体激光器参数测量装置，包括(1)激光器驱动器，与激光器相连，用于根据设定的激光驱动电流或电压点亮激光器；(2)激光器温度控制系统，与激光器支架相连，用于设定激光器的正常工作温度，监视并调节激光器的温度变化，使激光器的工作温度保持恒定，包括温度控制器、制冷器和温度传感器，所述的温度控制器通过温度传感器测量激光器的温度，并与激光器的设定工作温度相比较，然后将上述比较结果通过内在的补偿环节和制冷器升高或降低激光器的工作温度；(3)自动装卡电机，与激光器支架相连，用于带动激光器支架旋转，以更换待测激光器；(4)积分球，与待测激光器相连，用于使待测激光器发出的光束均匀散射；(5)探测器，与积分球、待测激光器和单色仪相连，用于测量待测激光器的输出功率；(6)单色仪，与积分球、数据采集控制器相连，用于根据数据采集控制器的设定，输出设定波长的光束，以分析待测激光器的光谱成份；(7)远场测试电机，与探测器相连，使探测器在与待测激光器出射激光的轴线的垂直平面内水平移动，测量不同位置处待测激光器的光功率，分析待测激光器的光场分布；(8)前置放大器，与数据采集控制器相连，用于放大探测器的输出信号，并将信号提供给数据采集控制器；(9)数据采集控制器，与计算机相连，用于控制远场测试电机和自动测试电机，实现待测激光器的更换和远场扫描，并设定单色仪的输出波长，采集探测器的电压信号，并送入计算机进行处理与计算，得到待测激光器的各种参数。
(10)计算机，与数据采集控制器相连，用于接受数据采集控制器的采集数据，计算出待测激光器的各种参数。
上述测量装置中，自动测试电机和远场测试电机分别为步进电机。
本发明提出的半导体激光器参数测量装置，可对半导体激光器的各种特性参数进行测量，例如光电特性、伏安特性、光谱特性、远场特性和热特性等多种参数测量，而且在测试过程中对半导体激光器的温度进行精密控制，这样可以实现对待测激光器光谱参数及热阻参数的精确测定；本装置设计了半导体激光器的安装夹具，可实现半导体激光器的参数自动连续测量，方便大规模检测应用。
图1是半导体激光器参数测量装置的原理框图。
图2是温度控制器的电路原理图。
图3是前置放大器的电路原理图。
图4是激光器支架的结构示意图。
在图2中，U1是恒流源，U2～U5是通用运算放大器，R1~R8是精密电阻，C1和C2是电容，U4是功率放大器。
在图3中，U7是通用运算放大器，R9是精密电阻。
具体实施方案图1给出了高精度大功率光纤耦合激光照明装置的原理框图。本发明的装置包括激光器驱动器、温度控制器、制冷器、激光器支架、自动测试电机、积分球、单色仪、前置放大器、远场测试支架、远场测试电机、电机驱动器、数据采集控制系统、探测器1、2和3、计算机等组成。
如图1所示，激光器驱动器主要功能是根据所设定的激光驱动电流或电压，点亮激光器，在本发明实施例中，采用ILX Lightwave公司的LDX3200系列的激光驱动器。
如图1所示，激光器温度控制部分包括温度控制器、制冷器和温度传感器。温度控制器的主要功能是设定激光器的正常工作温度，监视并调节激光器的温度变化，使激光器的工作温度保持恒定。温度控制器通过温度传感器测量激光器的温度，并与激光器的设定工作温度相比较，然后将上述比较结果通过内在的补偿环节和制冷器升高或降低激光器的工作温度。在本发明实施例中，制冷器由TEC热电制冷器实现，通过提供一定的驱动电压，即可制冷或加热。在本发明实施例中，温度传感器为热敏电阻。
如图1所示，激光器支架的主要功能安装待测激光器，如图1中激光器1、激光器2和激光器N等，实现激光器参数的连续测试；同时固定温度传感器和制冷器。
如图1所示，自动测试电机为步进电机，主要功能是更换待测激光器。在本发明实例中，步进电机采用四通公司的42BYG250A步进电机，驱动SH-20402A。在本发明的实例中，自动测试电机带动激光器支架旋转，即可实现激光器的更换。
如图1所示，积分球的功能是使待测激光器发出的光束均匀散射。该积分球从北京光学仪器厂订制的直径200mm的积分球。
如图1所示，探测器1、2和3的功能是用来测量待测激光器的输出功率，本发明的实施例中采用的是电子部44所研制的GT101探测器。
如图1所示，单色仪的主要功能根据数据采集控制器的设定，输出设定波长的光束，分析待测激光器的光谱成份。
如图1所示，远场测试电机为步进电机，主要功能是移动探测器3，测量不同位置处待测激光器的光功率，分析待测激光器的光场分布。在本实例中，步进电机采用四通公司的42BYG250A步进电机，驱动SH-20402A。在本发明的实例中，使探测器3在与待测激光器出射激光的轴线的垂直平面内进行水平移动。
如图1所示，电机驱动器的主要功能是驱动步进电机，本发明实施例采用四通公司的SH-20402A驱动器。
如图1所示，前置放大器的主要功能是放大探测器1、2和3的输出信号，提供给数据采集控制器。
如图1所示，数据采集控制器的主要功能是控制远场测试电机和自动测试电机，实现待测激光器的更换和远场扫描；设定单色仪的输出波长；采集探测器1、2、3的电压信号，并送入计算机中进行处理与计算，得到待测激光器的各种参数。在本发明实施例中，采用广州周立功单片机发展有限公司DP-51单片机控制系统和相配套的A/D转换板。
如图1所示，计算机接受数据采集控制器的采集数据，计算出待测激光器的各种参数。
图2为温度控制器的电路原理图。温度传感器为热敏电阻R1。恒流源U1的1脚与R1的2脚相连，R1的1脚与地相连。激光器温度变化使得R1的阻值变化，通过恒流源使得温度变化转变成R1的2脚电压量。U2的2脚与U1的1脚相连，U2的1脚与U1的输出脚3相连接，U2构成电压射随器，U2的输出电压等于R1的2脚电压。VREF为参考电压输入，该电压值代表激光器设定的工作温度。VREF与R2的1脚相连接，R2的2脚、R5的1脚和U3的1脚相连，R3的1脚与U2的3脚相连接，R3的2脚、R4的2脚和U3的2脚相连接，R5的2脚和U3的3脚相连接。R2、R3、R4、R5和U3构成减法运算器，U3的3脚输出电压等于VREF和R1的2脚的电压差。U3的3脚和C1的1脚、R6的1脚相连接，U4的2脚通过R7接地，U4的1脚与C1的2脚、R6的2脚、R8的1脚相连接，R8的2脚和C2的1脚相连接，C2的2脚和U4的3脚相连接。C1、R6、R7、R8、C2和U4构成PID环节。U5的2脚与U4的3脚相连接，U5的1脚与U5的3脚相连接，U5的输出电压等输入电压，产生驱动TEC制冷器的驱动电压COOL_DRVl，使TEC制冷器加热或制冷。
图3为前置放大器的电路原理图。U6选用通用运算放大器OP07。
图4为激光器测试支架的结构示意图。在本发明实例中，给出的为4激光器自动测试支架示意图。待测激光器LD1~LD4安装在支架的四周，通过自动测试电机旋转支架，实现激光器参数的连续自动测试。
权利要求
1.一种半导体激光器参数测量装置，其特征在于该装置包括(1)激光器驱动器，与激光器相连，用于根据设定的激光驱动电流或电压点亮激光器；(2)激光器温度控制系统，与激光器支架相连，用于设定激光器的正常工作温度，监视并调节激光器的温度变化，使激光器的工作温度保持恒定，包括温度控制器、制冷器和温度传感器，所述的温度控制器通过温度传感器测量激光器的温度，并与激光器的设定工作温度相比较，然后将上述比较结果通过内在的补偿环节和制冷器升高或降低激光器的工作温度；(3)自动装卡电机，与激光器支架相连，用于带动激光器支架旋转，以更换待测激光器；(4)积分球，与待测激光器相连，用于使待测激光器发出的光束均匀散射；(5)探测器，与积分球、待测激光器和单色仪相连，用于测量待测激光器的输出功率；(6)单色仪，与积分球、数据采集控制器相连，用于根据数据采集控制器的设定，输出设定波长的光束，以分析待测激光器的光谱成份；(7)远场测试电机，与探测器相连，使探测器在与待测激光器出射激光的轴线的垂直平面内水平移动，测量不同位置处待测激光器的光功率，分析待测激光器的光场分布；(8)前置放大器，与数据采集控制器相连，用于放大探测器的输出信号，并将信号提供给数据采集控制器；(9)数据采集控制器，与计算机相连，用于控制远场测试电机和自动测试电机，实现待测激光器的更换和远场扫描，并设定单色仪的输出波长，采集探测器的电压信号，并送入计算机进行处理与计算，得到待测激光器的各种参数。(10)计算机，与数据采集控制器相连，用于接受数据采集控制器的采集数据，计算出待测激光器的各种参数。
2.如权利要求1所述的半导体激光器参数测量装置，其特征在于其中所述的自动测试电机和远场测试电机分别为步进电机。
全文摘要
本发明涉及一种半导体激光器参数测量装置，属于半导体激光器测试仪器领域。包括激光器驱动器，与激光器相连；激光器温度控制系统，与激光器支架相连；自动装卡电机，与激光器支架相连；积分球，与待测激光器相连；探测器，与积分球、待测激光器和单色仪相连；单色仪，与积分球、数据采集控制器相连；远场测试电机，与探测器相连；前置放大器，与数据采集控制器相连；数据采集控制器，与计算机相连；)计算机，与数据采集控制器相连。本发明的测量装置，可对半导体激光器的各种特性参数进行测量，例如光电特性、伏安特性、光谱特性、远场特性和热特性等，而且测量过程自动连续，方便大规模测量应用。
文档编号H01S3/0941GK1758065SQ20051011504
公开日2006年4月12日 申请日期2005年11月25日 优先权日2005年11月25日
发明者左昉, 苏美开, 胡仁喜, 张建勇 申请人:左昉, 苏美开, 胡仁喜, 张建勇