CN102914420A - 半导体激光器光束特性测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种简便实用的半导体激光器光束特性测试装置及测试方法。该半导体激光器光束特性测试装置，包括半圆形光束接收装置和旋转驱动机构；半导体激光器的输出端位于该半圆形光束接收装置的圆心，半圆形光束接收装置面向半导体激光器安装有多个光接收器，各个光接收器分别接有微型探测器；以半导体激光器的输出光束的光轴为旋转轴，半圆形光束接收装置或半导体激光器由所述旋转驱动机构驱动旋转。本发明能够得到整个激光器光束特性实时曲线，并直观地描述激光器的光束特性，从而实现对半导体激光器的空间光束特性参数的测量。

Description

半导体激光器光束特性测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于激光器测试领域，涉及一种半导体激光器光束特性测试装置及测试方法。

背景技术

随着半导体激光器性能的不断提高，其在工业加工、激光医疗、激光显示等领域获得了越来越为广泛的应用。但是半导体激光器由于其特殊的有源区波导结构，快轴发散角比较大，而且快慢轴光束不对称，导致其输出光束的质量比较差，因此半导体激光器的光束质量成为制约其应用的关键瓶颈之一。研究如何改进半导体激光器的光束质量，必须准确获取其快慢轴发散角、束腰半径等信息，因此对半导体激光器光束特性的测量就越来越为人们所关注。多年来，人们提出了多种测试半导体发散角的方法。其中常用的测试方法有：

(1)直接测量法

直接测量法主要包括两种

a）垂直定距测量法（半导体激光器参数测量装置[200510115043]专利）。即保持激光器发光点与激光探测垂直距离为一固定值，以水平运动的方式，将激光探测器以垂直于激光器发光轴线的垂直平面移动至激光器发光范围区域，测量不同位置处的激光器光功率，达到光束特性测试的目的。但是这种方法测试指向比较单一，各测试点参考位置相对与激光器发光点的绝对位置不同，导致各点测试误差比较大。

b)CCD测量法（激光光束发散角测试方法[01108756.0]专利）。距激光器发光点一定距离处设置CCD摄像机，CCD摄像机镜头接收中心与激光器发光点保持同心，在激光器发光后，通过图形采集的方式得到激光器发光的区域。这种方法能够直观的测量出激光器的发光区域，但是受到CCD本身尺寸与成本的限制，只适用于测量较小功率的激光器光束特性参数。

（2）间接测量法（基于单片机的激光光束特性光斑直接测量系统，《光电技术应用》2004-10）。即被检测激光在一定距离照射漫反射靶板，同时触发信号送GPS时统，以记录激光脉冲发射时刻。光电探测器接收脉冲激光信号，经测频、延时后向图像摄取设备(CCD摄像机或热像仪)发出触发信号，使其记录激光光斑图像。记录完毕后由专用软件对各帧图像进行处理得到各脉冲的光束特性光斑参数。这种方法适用于测量较大功率激光器产品，但是探测器响应时间较长，达10⁵量级，对极端脉冲激光探测（如10ns）效率低，实时性较差，测量精度也不高。

目前现有的光束特性测量方法及装置在应用过程中均存在一定的局限性，例如测量精度差、测试耗时较长、仅适用于小功率半导体激光器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点，提出一种简便实用的半导体激光器光束特性测试装置及测试方法，采用该测试装置能够得到整个激光器光束特性实时曲线，并直观地描述激光器的光束特性，从而实现对半导体激光器的空间光束特性参数的测量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

半导体激光器光束特性测试装置，包括半圆形光束接收装置和旋转驱动机构；半导体激光器的输出端位于该半圆形光束接收装置的圆心，半圆形光束接收装置面向半导体激光器安装有多个光接收器，各个光接收器分别接有微型探测器；以半导体激光器的输出光束的光轴为旋转轴，半圆形光束接收装置或半导体激光器由所述旋转驱动机构驱动旋转。

上述多个光接收器均匀分布，各个光接收器与半导体激光器的输出端之间的距离相等。

上述光接收器可以为光纤、光波导等器件；上述微型探测器可以采用光电二极管、光电倍增管等。

上述光束特性测量装置的测试精度与光接收器及微型探测器的数目有关。光接收器能够接收半导体激光器在各个角度所发出的光束，并将光束传输至所述的微型探测器。微型光接收器及微型探测器的数量越大，测试结果越精确。

本发明采用上述测试装置的第一种实现半导体激光器光束特性测试的方法如下：

1）半导体激光器的位置保持固定，以半导体激光器的输出光束的光轴为旋转轴，旋转半圆形光束接收装置180度，在旋转过程中，多次测量、记录半圆形光束接收装置上每个光接收器的光强，得到所有光接收器对应于不同旋转角度的光强数据；

2）对数据进行分析处理，获得表征半导体激光器光束特性的信息（空间光强分布、快轴发散角、慢轴发散角等）。

本发明采用上述测试装置的第一种实现半导体激光器光束特性测试的方法如下：

1）半圆形光束接收装置的位置保持固定，以半导体激光器的输出光束的光轴为旋转轴，旋转半导体激光器180度，在旋转过程中，多次测量、记录半圆形光束接收装置上每个光接收器的光强，得到所有光接收器对应于不同旋转角度的光强数据；

2）对数据进行分析处理，获得表征半导体激光器光束特性的信息（空间光强分布、快轴发散角、慢轴发散角等）。

本发明具有以下有益效果：

1）本发明能够精确测量半导体激光器在三维空间的光束特性参数；

2）本发明采用了直接测量的方式，具有较高的精度与可靠性；

3）本发明在激光器功率探测的过程中，能够保持激光器发光点与探测器之间的绝对距离不变，等距的测量激光器发光点光束特性各点处的光强信息。

4）本发明的装置均具有结构简单，使用方便快捷的特点。

附图说明

图1是本发明的半导体激光器光束特性测试装置示意图。

图2是本发明第一种测试方案的示意图。

图3是本发明第二种测试方案的示意图。

图4是利用本发明第一种测试方案所测的单管半导体激光器在快慢轴方向的光束分布；其中，（a）为快轴光束分布，（b）为慢轴光束分布。

图5是利用本发明第二种测试方案所测的单管半导体激光器在快慢轴方向的光束分布；其中，（a）为快轴光束分布，（b）为慢轴光束分布。

附图标号说明：1为半导体激光器，2为半圆形光束接收装置，3为半圆形光束接收装置中的光接收器，4为半圆形光束接收装置中的探测器，5为旋转电机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详细描述。

本发明的半导体激光器光束特性测试方法包括以下两种测试方案：

第一种测试方案：激光器旋转、探测器固定方式，，如图2所示：

1)将半导体激光器1置于半圆形光束接收装置2圆心附近；

2)将半导体激光器1固定不动，通过旋转电机5将半圆形光束接收装置2旋转180度；

3)每旋转一定角度进行一次测量，记录半圆形光束接收装置2上每个光接收器的光强。

4)对数据进行分析处理，获得半导体激光器空间光强分布、快轴发散角、慢轴发散角等信息。

第二种测试方案：激光器固定、探测器旋转方式，如图3所示：

1)将半导体激光器1置于半圆形光束接收装置圆心附近；

2)固定半圆形光束接收装置2不动，使用旋转电机5将半导体激光器1旋转180度；

3)每旋转一定角度进行一次测量，记录半圆形光束接收装置2上每个光接收器的光强。

4)对数据进行分析处理，获得半导体激光器1空间光强分布、快轴发散角、慢轴发散角等信息。

利用本发明第一种测试方案在电流1.8A下测量了单管半导体激光器在快慢轴方向的光束分布，如图4所示。利用本发明第二种测试方案在电流1.8A下测量了单管半导体激光器在快慢轴方向的光束分布，如图5所示。可以看出，利用本发明所述装置获得了精确的半导体激光器光束分布结果。

本发明所述的第一种测试方案和第二种测试方案是基于半圆形光束接收装置。但本发明也可采用1/2n圆光束接收装置（n>2），在实际测量过程中需要旋转1/2n圆光束接收装置，重复如前所述的第一种及第二种测试方案n次，即可以得到与半圆形光束接收装置相同的结果。

综上所述，本发明的半导体激光器光束特性测试装置以及相应的测试方法不仅很好地解决了传统光束特性测试方法缺点，并且物理实现较为简单，成本较低，且光束特性参数描述全面，具备良好的应用前景。

Claims (5)

1.半导体激光器光束特性测试装置，包括半圆形光束接收装置和旋转驱动机构；半导体激光器的输出端位于该半圆形光束接收装置的圆心，半圆形光束接收装置面向半导体激光器安装有多个光接收器，各个光接收器分别接有微型探测器；以半导体激光器的输出光束的光轴为旋转轴，半圆形光束接收装置或半导体激光器由所述旋转驱动机构驱动旋转。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：所述多个光接收器均匀分布，各个光接收器与半导体激光器的输出端之间的距离相等。

3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：所述光接收器为光纤或光波导；微型探测器采用光电二极管或光电倍增管。

4.采用如权利要求1所述测试装置实现半导体激光器光束特性测试的方法，包括以下步骤：

1）半导体激光器的位置保持固定，以半导体激光器的输出光束的光轴为旋转轴，旋转半圆形光束接收装置180度，在旋转过程中，多次测量、记录半圆形光束接收装置上每个光接收器的光强，得到所有光接收器对应于不同旋转角度的光强数据；

2）对数据进行分析处理，获得表征半导体激光器光束特性的信息。

5.采用如权利要求1所述测试装置实现半导体激光器光束特性测试的方法，包括以下步骤：

1）半圆形光束接收装置的位置保持固定，以半导体激光器的输出光束的光轴为旋转轴，旋转半导体激光器180度，在旋转过程中，多次测量、记录半圆形光束接收装置上每个光接收器的光强，得到所有光接收器对应于不同旋转角度的光强数据；

2）对数据进行分析处理，获得表征半导体激光器光束特性的信息。

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