CN102435421A - 一种半导体激光器偏振测试方法及其测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种半导体激光器偏振测试方法及其测试系统，以精确测试半导体激光器的偏振度和判别偏振模式。本发明的偏振测试系统是在半导体激光器出射端设置有按照功率进行分光的分光器，该分光器的透射方向上依次设置有偏振滤光状态可调的偏振器件、会聚透镜/透镜组、第一功率探测装置；该分光器的反射方向上设置有按照偏振模式分光的分光棱镜，该分光棱镜分出的透射、反射光路上分别设置有第二功率探测装置和第三功率探测装置。本发明操作简单，可适用于大批量半导体激光器产品的测试，针对不同型号的激光器在测量偏振度时调节简便，可快速判定半导体激光器的偏振模式。

Description

一种半导体激光器偏振测试方法及其测试系统

技术领域

本发明涉及一种半导体激光器偏振测试方法及其测试系统。

背景技术

高功率半导体激光器由于其小体积、高效率、长寿命、大功率等诸多优点，被广泛应用于医疗、工业加工等许多领域。封装质量是半导体激光器质量的重要影响因素。

芯片封装工艺作为激光器制作的重要工艺，是高功率半导体激光器应用的重要限制因素，其质量严重影响半导体激光器的输出特性，如器件的功率、波长、和偏振特性，同时影响半导体激光器的可靠性和寿命。

但是，在半导体激光器阵列的封装过程中，由于热沉材料与芯片的膨胀系数的差异，会对阵列引入额外的应力，对激光器的阈值电流、偏振等特性造成影响，从而影响了激光器的使用并且降低激光器的寿命。应力会造成半导体激光器阵列中各发光单元的相对位移，使得本来平直的阵列发生了“弯曲”，影响了发射光束的质量，增加了后端准直、耦合的难度。所以，测量封装过程中引入的应力，进而指导封装工艺的改进，具有十分重要的意义。

半导体激光器的偏振特性主要由两个因素决定，一是量子阱材料增益的偏振依赖性，二是激光腔模式的偏振特性。由于材料生长的均匀性，可以认为在未经封装的半导体激光器芯片中，偏振度在整个bar条内是均匀的。由于封装工艺中焊接温度以及芯片与热沉两种材料的膨胀系数不同等因素，会导致导致发射光束偏振度的变化。测量半导体激光器的偏振度可以反应封装工艺质量。

《中国激光》“半导体激光器阵列偏振特性及其与应力关系的实验研究”(Vol.36，No.5，May，2009)中介绍了一种半导体激光器阵列偏振特性的测试方法，是激光光束或阈值下的荧光光束经过偏振片，照射到CCD相机上，然后将偏振片旋转90，记录结果，得到偏振度的值，此种方法仅能粗略测试偏振度，也无法判断偏振模式。

发明内容

本发明旨在提供一种半导体激光器偏振测试方法及其测试系统，以精确测试半导体激光器的偏振度和判别偏振模式，其操作简单、可适用于大批量半导体激光器产品的测试。

本发明的技术方案如下：

一种半导体激光器偏振测试方法，是首先将激光器出射光按照功率进行分光；

分光得到的透射光通过偏振器件，再经过会聚透镜/透镜组会聚入射至功率探测装置；持续旋转偏振器件，相应取得功率探测装置输出的的光功率值；记录所有光功率值中的最大光功率值Pmax和最小光功率值Pmin；半导体激光器偏振度即(Pmax-Pmin)/(Pmax+Pmin)；

分光得到的反射光经分光棱镜按照偏振模式对激光光束进行再次分光，偏振态为TE的透过分光棱镜，偏振态为TM的经分光棱镜后被反射，分别取得偏振态为TE和TM的光束的光功率值，经对比即可判定出半导体激光器的偏振模式。

上述偏振器件一般采用偏振片，续旋转偏振片，并取得光电探测器输出的相应偏振片旋转位置的光功率值。

上述持续旋转偏振片是采用旋转架实现，旋转架由手动、电机、气压或液压驱动。

对于上述光强的测试和记录，采用功率探测装置是功率计、或数字万用表和光电探测器或数据采集卡和光电探测器的组合。取得各个光功率值(包括为测偏振度和偏振模式需要测试的光功率值)。

一种半导体激光器偏振测试系统，是在半导体激光器出射端设置有按照光强进行分光的分光器，该分光器的透射方向上依次设置有偏振状态可调的偏振器件、会聚透镜/透镜组、第一功率探测装置；该分光器的反射方向上设置有按照偏振模式分光的分光棱镜，该分光棱镜分出的透射、反射光路上分别设置有第二功率探测装置和第三功率探测装置。偏振器件只能放在会聚透镜/透镜组前端，若会聚透镜在偏振片之前，将影响偏振效果。

上述偏振器件为偏振片，偏振片安装在带刻度的旋转架上，所述旋转架由手动、电机、气压或液压驱动。

上述第一功率探测装置、第二功率探测装置和第三功率探测装置为功率探测器或者数字万用表和光电探测器的组合或数据采集卡和光电探测器的组合以实现对光强或光功率的记录和计算。

本发明具有以下优点：

1、操作简单，针对不同型号的激光器在测量时调节简便。

2、可以同时测试半导体激光器的偏振模式及偏振度。

3、可适用于大批量半导体激光器产品的偏振测试。对于同一批次待测的半导体激光器，只需固定第一次测量时对应于最大光功率值Pmax和最小光功率值Pmin时偏振片的旋转位置；若偏振片旋转架带有刻度，则对于不同批次的待测半导体调整偏振片位置时更加简便。

4、尤其适用于测试小于20W的半导体激光器器件。

附图说明

图1为本发明实施例的结构原理图；

图2为本发明实施例结果示意图。

具体实施方式

激光器所发的光通过分光镜，分光镜按照功率将激光器光束进行分光，95％的激光器光束透过分光镜，5％的激光光束经过分光镜反射后到达分光棱镜，分光棱镜按照偏振模式对激光光束进行分光，偏振态为TE的透过分光棱镜，偏振态为TM的经分光棱镜后被反射，通过感光卡和万用表测试偏振态为TE和TM的激光光束的功率。95％的激光器光束透过分光镜，经过会聚透镜，入射到光电探测器上，一边旋转偏振片一边观察数字万用表的读数，直到读数显示最大为止，将此数据记录下来为Pmax，继续旋转偏振片直到数字万用表的读数显示最小，记录下此值为Pmin，计算得出半导体激光器偏振度为(Pmax-Pmin)/(Pmax+Pmin)。

实施例

如图1所示，1为半导体激光器；2为分光镜；3为偏振装置；4为会聚透镜；5为第一光电探测器；6为第一数字万用表；7为分光棱镜；8为第二光电探测器；9为第二数据采集卡；10为第三光电探测器；11为第三数据采集卡；12为第一功率探测装置；13为第二功率探测装置；14为第三功率探测装置。

半导体激光器1发出激光光束，激光光束到达分光镜2后，95％的激光光束透过过分光镜2，到达偏振装置3，5％的激光光束经分光镜2反射后到达分光棱镜7，分光棱镜7对偏振态为TE的激光光束透射，分光棱镜7对偏振态为TM的激光光束反射。偏振态为TE的激光光束经过分光棱镜7后达到第二光电探测器8，然后用第二数据采集卡9采集数据可得出偏振态为TE的激光光束的功率；同时偏振态为TM的激光光束经过分光棱镜7反射后可到达第三光电探测器10，然后用第三数据卡11采集数据可得出偏振态为TM的激光光束的功率，通过偏振态为TE和偏振态为TM的激光光束的功率可知半导体激光器1的主偏振模式。然后95％的激光光束透过分光镜2，经过偏振装置3和会聚透镜4，入射到第一光电探测器5上，一边旋转偏振装置3一边观察第一数字万用表6的读数，直到第一数据采集卡6读数显示最大为止，将此数据记录下来为Pmax，继续旋转偏振装置3直到第一数据采集卡6的读数显示最小，记录下此值为Pmin，计算得出半导体激光器偏振度为(Pmax-Pmin)/(Pmax+Pmin)。

用本发明方法测试了808nm的半导体激光器的偏振模式及偏振度，偏振度随电流变化的测试结果参见图2，偏振模式为TE，偏振度为94.37％，最大偏振度为95.33％，最小偏振度为93.12％。

Claims (7)

1.一种半导体激光器偏振测试方法，其特征在于：

将激光器出射光按照功率进行分光；

分光得到的透射光通过偏振器件，再经过会聚透镜/透镜组会聚入射至功率探测装置；持续旋转偏振器件，相应取得功率探测装置输出的的光功率值；记录所有光功率值中的最大光功率值Pmax和最小光功率值Pmin；半导体激光器偏振度即

分光得到的反射光经分光棱镜按照偏振模式对激光光束进行再次分光，分出偏振态为TE和TM的光分别取得偏振态为TE和TM的光束的光功率值，经对比即可判定出半导体激光器的偏振模式。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器偏振测试方法，其特征在于：所述偏振器件为偏振片。

3.根据权利要求1所述的半导体激光器偏振测试方法，其特征在于：所述持续旋转偏振片是采用旋转架实现，旋转架由手动、电机、气压或液压驱动。

4.根据权利要求1所述的半导体激光器偏振测试方法，其特征在于：采用功率探测装置是功率计、或数字万用表和光电探测器或数据采集卡和光电探测器的组合。

5.半导体激光器偏振测试系统，其特征在于：在半导体激光器出射端设置有按照功率进行分光的分光器，该分光器的透射方向上依次设置有偏振状态可调的偏振器件、会聚透镜/透镜组、第一功率探测装置；该分光器的反射方向上设置有偏振分光棱镜，该分光棱镜分出的透射、反射光路上分别设置有第二功率探测装置和第三功率探测装置。

6.根据权利要求5所述的半导体激光器偏振测试系统，其特征在于：所述偏振器件为偏振片，偏振片安装在带刻度的旋转架上，所述旋转架由手动、电机、气压或液压驱动。

7.根据权利要求5所述的半导体激光器偏振测试系统，其特征在于：所述第一功率探测装置、第二功率探测装置和第三功率探测装置是功率计或者数字万用表和光电探测器的组合或者数据采集卡和光电探测器的组合。

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