专利名称：用于评估dbr激光二极管的操作特性的方法和设备的制作方法
用于评估DBR激光二极管的操作特性的方法和设备相关申请的交叉引用本申请要求2009年3月31提交的美国申请No. 12/414，940的优先权。背景本发明涉及激光二极管的测试和评定，该激光二极管包括用于频率经转换的激光源的激光二极管。
发明内容
尽管本发明的各个概念不限于在光谱的任何特定部分中或在任何特定类型设备中操作的激光器，但在本文中经常参考利用顶DBR激光二极管光学泵的倍频绿色激光器， 诸如例如
图1中所示的倍频激光源。在图1中，示出了频率经转换的激光源100，该激光源 100包括顶DBR激光二极管10、波长转换器件20 (例如周期性极化铌酸锂(PPLN) SHG晶体)、耦合光学器件30、准直光学器件40以及光学滤色器50。如熟悉激光器设计的人员将理解，DBR激光二极管10通常包括包含布拉格反射器的DBR区12、相位控制区14以及增益区16。虽然本发明讨论激光源100包括在顶范围内操作的DBR激光二极管10和倍频 PPLN晶体20的特定情况，但应注意本发明的概念可等效用于各种频率经转换的激光器配置，这些激光配置包括但不限于激光二极管在顶范围之外操作以及超过二次谐波产生 (SHG)的频率转换的配置。本发明的概念也可应用于各种激光投影应用，包括但不限于激光扫描投影仪。本发明人已经认识到，激光器降级是倍频激光源中的特别严重的问题，因为波长转换效率通常强烈依赖于顶激光二极管与波长转换器件的转换带宽之间的正确波长匹配，该波长转换器件典型为周期性极化的铌酸锂(PPLN) SHG晶体。如果顶激光二极管的波长偏离波长转换器件的相位匹配波长，则倍频光的输出功率急剧下降。因此，能控制顶激光器的波长通常非常重要。DBR激光器的发射波长能通过向该激光器的波长调谐区即DBR区和相位控制区中的一个或二者注入电流来控制。对于向DBR区中注入电流的情况，布拉格谐振波长被改变，且DBR激光器输出波长能在相对较大范围上调谐。对于向相位区注入电流的情况，DBR 激光器的光程长度被改变，并且DBR激光器输出波长能以精细步幅被调谐。由于电流注入对于控制DBR激光器波长通常很关键，所以作为DBR激光器的制造过程的一部分，开发用于测量与电流注入相关联的波长调谐特性的方法和系统通常很重要。例如，在“强化试验 (burn-in) ”和其它类型的可靠性测试期间，可将电流注入大量激光二极管的DBR和/或相位区，并在给定时间段上监测这些激光器的波长移动，并使用该波长移动作为激光器降级的指示。在给定电流下呈现小于正常的波长移动范围或不可接受的稳定图案的激光器可被表征为达不到标准的执行者，并被相应地处理。典型地，强化试验或其它类型的可靠性测试协议包括利用某些类型的用于波长测量的光谱仪来优选在原位处理大量激光器。然而，在可靠性测试中使用光谱仪带来了显著限制，因为光谱仪的大小、易用性以及效率通常有限。此外，通常难以使用光谱仪来直接测量波长，因为激光二极管中的电流注入产生热效应，这些热效应消除了载流子效应引起的波长移动，使得难以确定载流子引起的波长移动。利用光谱仪直接测量波长的另一个问题是波长模式跳变的出现，波长模式跳变是包括DBR激光二极管在内的许多激光器所固有的。因此，本发明提出了更能抵抗上述热效应的评定和测试方法，这些评定和测试方法能避免与载流子引起的波长移动相关联的问题，能避免波长模式跳变的负面影响，且能容易地被集成到强化试验和其它可靠性测试设备中。更具体地，本发明提供激光器评定方法，该激光器评定方法能用于识别不可接受的降级，且能应用于相对较大数量的设备。根据本发明的一个实施例，提供了一种评估DBR激光二极管的操作特性的方法。 根据该方法，诊断电流被注入该DBR激光器的波长调谐区中，以在该波长调谐区中产生光的放大自发发射。从该波长调谐区发射的光被增益区吸收，且增益区中吸收的光所产生的光电流被测量。所测得的增益区中的光电流可与DBR激光二极管的操作特性的评估相联系。例如，当所测得的光电流偏离给定光电流度量超过可接受的量时，所测得的光电流可与达不到标准的操作特性相联系。替代地，当所测得的光电流偏离给定光电流度量可接受的量时，所测得的光电流可与经验证合格的操作特性相联系。可随时间测量增益区中的光电流，并通过将测得光电流与给定的时间敏感的光电流度量作比较，将该光电流与经验证合格或达不到标准的操作特性相联系。或者，通过将测得光电流与预定激光降级阈值比较，可将测得光电流与经验证合格或达不到标准的操作特性相联系。作为另一替代方案，可构想可在多个不同时刻测量增益区中的光电流，并通过将在多个不同时刻测得的光电流与给定光电流度量比较，将该光电流与经验证合格或达不到标准的操作特性相联系。还可构想，可在激光二极管的强化试验测试期间或在激光二极管的强化试验测试之前或之后测量增益区中的光电流。根据本发明的另一实施例，可构想可测量DBR激光器的DBR区或增益区中的光电流，以评估DBR激光二极管的操作特性。根据本发明的另一实施例，提供了一种用于评估DBR激光二极管的操作特性的强化试验设备。一般而言，该强化试验设备被编程以向DBR激光二极管中注入超过该DBR激光二极管的正常操作条件的级别的电流。此外，该强化试验设备可被编程以向DBR激光器的相位控制区注入诊断电流；测量DBR区或增益区中由DBR区或增益区中吸收的光所产生的光电流；以及使DBR区或增益区中测量的光电流与DBR激光二极管的操作特性的评估相联系。例如，当测得光电流偏离给定光电流度量超过可接受量时，该测得光电流可与达不到标准的操作特性相联系，且替代地，当测得光电流偏离给定光电流度量可接受量时，该测得光电流可与经验证合格的操作特性相联系。根据本发明的又一实施例，提供了一种评估DBR激光二极管的操作特性的强化试验设备和方法，其中将诊断电流注入DBR激光器的波长调谐区，且该诊断电流包括辐射分量和非辐射分量，该辐射分量足以在波长调谐区中产生光的放大自发发射，该非辐射分量随着激光降级而增大。根据该方法，通过监测因变于时间的注入DBR激光器的波长调谐区的诊断电流的电压分量，来测量诊断电流的非辐射分量中的增加。所监测到的电压用于评估DBR激光二极管的操作特性。例如，当该电压分量偏离给定电压度量超过可接受量时，该电压分量可与达不到标准的操作特性相联系，且替代地，当该电压分量偏离给定电压度量可接受量时，该电压分量可与经验证合格的操作特性相联系。例如，可构想，通过监测将诊断电流保持于近似恒定大小所需的电压，可测量诊断电流中的非辐射分量中的增加。附图简述本发明的特定实施例的以下详细描述可在结合以下附图阅读时被最好地理解，在附图中相同的结构使用相同的附图标记指示，而且在附图中图1是频率经转换的激光源的示意图；图2是DBR激光二极管的示意图；以及图3是示出常见DBR激光器的总ASE功率以及增益区光电流I 与相位区注入电流ΙΦ的平方根之间的关系的实验图。详细描述通过向DBR激光器10的DBR或相位控制区12、14注入电流，可改变DBR激光器10 的发射波长。本发明人已经认识到，测量因变于注入电流I的载流子引起的波长移动δ λ 的问题可被视为测量因变于注入电流I的载流子密度N的问题δ λ (I) oc N(I) (1)在增益谱峰处的以cm—1为单位的半导体激光器材料的光增益g的值可如下地与载流子密度N相关g In (N/Ntr) (2)其中Nte是透明载流子密度。如果N小于Nte，则光增益g为负值，这意味着该材料是吸收性的。如果N大于Nte，则光增益g为正值，这意味着该材料是光放大器。出于实用原因，通常N>>Nte，且方程⑵可被简化为g oc In (N)(3)半导体激光材料的放大自发发射(ASE)功率可与光增益g如下地联系Pase oc egL (4)其中Pase是增益峰值下的ASE功率，且L是半导体激光材料的长度。利用方程(3)和(4)可推导出以下关系In (Pase) ο- In (N) (5)典型地，ASE谱很宽，覆盖了一波长范围而不是仅位于增益峰值波长处。然而，当 Pase是作为在所有波长上积分的ASE功率的总ASE功率时，方程(5)仍是良好的近似。因此，方程(1)和( 提供因变于注入电流的总ASE功率、载流子密度以及波长移动的相对较简单表示，且可被验证以示出使用ASE功率的测量值来测量载流子密度且由此测量由于电流注入而产生的载流子引起的波长移动是可能的。由于DBR激光器10的相位控制区14的带隙典型地大于DBR激光器10的增益区 16的带隙，所以相位控制区14所产生的ASE光被增益区16吸收，从而在增益区16处产生光电流。可使用该光电流以全电气方法测量ASE功率，该全电气方法能容易地被集成到测量系统和强化试验设备中，从而消除了对光检测器和关联电路的需要。图3是示出常见DBR 激光器的总ASE功率以及增益区光电流Ism与相位区注入电流Ιφ的平方根之间的关系(在 O伏增益区偏置下)的实验图。如图3所示，对于低于80mA的相位区注入电流^值而言， 在ASE功率与增益区光电流Ii^之间存在极好的一致。在使用其它增益区偏置电压时也可获得相似结果。尽管DBR区具有与相位区相似的带隙且光吸收相对较弱，但使用DBR激光器10的DBR区12作为光检测器也可获得相似的结果，且绘制出DBR区12中测得光电流与相位区注入电流ΙΦ的平方根之间的关系。还可构想，通过将诊断注入电流注入激光二极管的波长调谐DBR区并测量该二极管的增益区中的光电流，本文中公开的概念可应用于两区 DBR激光二极管。应注意，测得的增益区16和相位控制区14中的电流包括波长调谐区与增益区之间的漏电流。在波长调谐区是相位控制区的情况下，在增益区与相位区之间存在电气隔离电阻，因此增益区的光电流和相位区的注入电流可如下地获得
权利要求
1.一种评估DBR激光二极管的操作特性的方法，所述DBR激光二极管包括波长调谐区和增益区，所述方法包括向所述DBR激光器的波长调谐区中注入诊断电流，其中所述诊断电流足以在波长调谐区中产生光的放大自发发射，且波长调谐区的带隙大于增益区的带隙，以使从波长调谐区发射的光被增益区吸收；测量增益区中由增益区中吸收的光所产生的光电流；以及使增益区中测得的光电流与所述DBR激光二极管的操作特性的评估相联系，其中当测得的光电流偏离给定光电流度量超过可接受的量时，使测得的光电流与达不到标准的操作特性相联系，且当测得的光电流偏离所述给定光电流度量可接受量时，使测得的光电流与验证合格的操作特性相联系。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，随时间测量增益区中的光电流，并通过将测得光电流与给定的时间敏感的光电流度量作比较，使光电流与经验证合格或达不到标准的操作特性相联系。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过将测得光电流与预定激光降级阈值比较，来使测得光电流与经验证合格或达不到标准的操作特性相联系。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在多个不同时刻测量增益区中的光电流，并通过将在多个不同时刻测得的光电流与给定光电流度量比较，使在增益区中的光电流与经验证合格或达不到标准的操作特性相联系。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述激光二极管的强化试验测试期间在原位测量所述增益区中的光电流。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述激光二极管的强化试验测试之前或之后测量所述增益区中的光电流。
7.一种评估DBR激光二极管的操作特性的方法，所述DBR激光二极管包括相位控制区、 包含布拉格反射镜的DBR区以及增益区，所述方法包括向所述DBR激光器的相位控制区中注入诊断电流，其中所述诊断电流足以在相位控制区中产生光的放大自发发射，以使从相位控制区发射的光被所述DBR激光器的DBR区或增益区吸收；测量DBR区或增益区中由DBR区或增益区中吸收的光所产生的光电流；以及使DBR区或增益区中测得的光电流与所述DBR激光二极管的操作特性的评估相联系， 其中当测得的光电流偏离给定光电流度量超过可接受的量时，使测得的光电流与达不到标准的操作特性相联系，且当测得的光电流偏离所述给定光电流度量可接受量时，使测得的光电流与验证合格的操作特性相联系。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述DBR激光器的增益区中测量所述光电流，且使在所述增益区中测得的光电流与所述DBR激光二极管的操作特性的评估相联系。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述DBR激光器的DBR区中测量所述光电流，且使在所述DBR区中测得的光电流与所述DBR激光二极管的操作特性的评估相联系。
10.一种用于评估DBR激光二极管的操作特性的强化试验设备，其中所述DBR激光二极管包括相位控制区、包含布拉格反射镜的DBR区以及增益区；所述强化试验设备被编程以向所述DBR激光二极管中注入超过所述DBR激光二极管的正常操作条件的级别的电流；以及所述强化试验设备进一步被编程以向所述DBR激光器的相位控制区中注入诊断电流，其中所述诊断电流足以在相位控制区中产生光的放大自发发射，以使从相位控制区发射的光被所述DBR激光器的DBR区或增益区吸收，测量DBR区或增益区中由DBR区或增益区中吸收的光所产生的光电流，以及使DBR区或增益区中测得的光电流与所述DBR激光二极管的操作特性的评估相联系， 其中当测得的光电流偏离给定光电流度量超过可接受的量时，使测得的光电流与达不到标准的操作特性相联系，且当测得的光电流偏离所述给定光电流度量可接受量时，使测得的光电流与验证合格的操作特性相联系。
11.一种评估DBR激光二极管的操作特性的方法，所述DBR激光二极管包括波长调谐区和增益区，所述方法包括向所述DBR激光器的波长调谐区中注入诊断电流，其中所述诊断电流包括辐射分量和非辐射分量，所述辐射分量足以在波长调谐区中产生光的放大自发发射，且所述非辐射分量随着激光器降级而增大；通过监测因变于时间的注入所述DBR激光器的波长调谐区的诊断电流的电压分量，测量所述诊断电流的非辐射分量的增加；以及使所述诊断电流的电压分量与所述DBR激光二极管的操作特性的评估相联系，其中当所述电压分量偏离给定电压度量超过可接受的量时，使所述电压分量与达不到标准的操作特性相联系，且当所述电压分量偏离所述给定电压度量可接受量时，使所述电压分量与验证合格的操作特性相联系。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，通过因变于时间来监测在所述DBR激光器的波长调谐区中将所述诊断电流保持于近似恒定大小所需的电压，来测量所述诊断电流的非辐射分量的增加。
13.一种用于评估DBR激光二极管的操作特性的强化试验设备，其中所述DBR激光二极管包括相位控制区、包含布拉格反射镜的DBR区以及增益区； 所述强化试验设备被编程以向所述DBR激光二极管中注入超过所述DBR激光二极管的正常操作条件的级别的电流；以及所述强化试验设备进一步被编程以向所述DBR激光器的波长调谐区中注入诊断电流，其中所述诊断电流包括辐射分量和非辐射分量，所述辐射分量足以在波长调谐区中产生光的放大自发发射，且所述非辐射分量随着激光器降级而增大；通过监测因变于时间的注入所述DBR激光器的波长调谐区的诊断电流的电压分量，测量所述诊断电流的非辐射分量的增加；以及使所述诊断电流的电压分量与所述DBR激光二极管的操作特性的评估相联系，其中当所述电压分量偏离给定电压度量超过可接受的量时，使所述电压分量与达不到标准的操作特性相联系，且当所述电压分量偏离所述给定电压度量可接受量时，使所述电压分量与验证合格的操作特性相联系。
全文摘要
根据本发明的一个实施例，提供了一种评估DBR激光二极管的操作特性的方法。根据该方法，诊断电流(II)被注入该DBR激光器的波长调谐区中，以在该波长调谐区中产生光的放大自发发射(ASE)。从该波长调谐区发射的光被增益区吸收，且增益区中吸收的光所产生的光电流(ISAIN)被测量。所测得的增益区中的光电流(ISAIN)可与DBR激光二极管的操作特性的评估相联系。例如，当所测得的光电流(ISAIN)偏离给定光电流度量超过可接受的量时，所测得的光电流(ISAIN)可与达不到标准的操作特性相联系。替代地，当所测得的光电流(ISAIN)偏离给定光电流度量可接受的量时，所测得的光电流(ISAIN)可与经验证合格的操作特性相联系。公开并要求保护其它实施例。
文档编号H01S5/00GK102369640SQ201080015787
公开日2012年3月7日 申请日期2010年3月26日 优先权日2009年3月31日
发明者H·K·恩古耶, M·H·胡, P·W·史密斯 申请人:康宁股份有限公司