CN103529274B - 多发光单元半导体激光器空间阈值电流的测试方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多发光单元半导体激光器空间阈值电流的测试方法，有以下步骤：对多发光单元半导体激光器发出的光进行快、慢轴准直；在快慢轴准直镜的后面放置显微物镜，用于半导体激光器多个发光单元在空间上放大，放大后的发光单元通过孔径光阑将各个独立的发光单元分离出来，调节孔径光阑的位置以及通光孔径只允许一个发光单元的光通过；通过改变驱动电流的大小，获得该发光单元相应的输出光功率；依次得到每个发光单元的阈值电流；形成空间阈值电流信息图。本发明能够测量多发光单元半导体激光器的空间阈值电流信息，进而实现评价半导体激光器封装所所产生的应力，从而指导和改善封装工艺。

Description

多发光单元半导体激光器空间阈值电流的测试方法及装置
技术领域
本发明涉及一种测试多发光单元半导体激光器封装产生的应力的方法。
背景技术
半导体激光器封装产生的应力严重制约着器件的输出光功率、工作寿命和光谱特性，是造成大功率半导体激光器可靠性差的主要因素，测试半导体激光器封装产生的应力方法很多，包括通过阴极荧光分析法(CL)、微荧光光谱分析法(μ-PL)、微拉曼光谱法(μ-R)、光电流光谱法（PC）等，这些方法需要昂贵试验设备，试验过程复杂。
关于半导体激光器阈值电流的测试，目前主要是测试半导体激光器整体的阈值电流，该阈值电流无法表征半导体激光器封装产生的应力分布。
发明内容
本发明的最终目的是提供一种新的测试半导体激光器封装产生的应力的方法，为此，本发明首先设计一种多发光单元半导体激光器空间阈值电流的测试方法及装置，能够测量多发光单元半导体激光器的空间阈值电流信息，进而实现评价半导体激光器封装所所产生的应力，从而指导和改善封装工艺。
本发明的技术方案如下：
一种多发光单元半导体激光器空间阈值电流的测试方法，包括以下步骤：
（1）对多发光单元半导体激光器发出的光进行快轴准直和慢轴准直；
（2）在快慢轴准直镜的后面放置显微物镜，用于半导体激光器多个发光单元在空间上放大，放大后的发光单元通过孔径光阑将各个独立的发光单元分离出来，调节孔径光阑的位置以及通光孔径只允许一个发光单元的光通过；
（3）利用光电探测器对该发光单元进行功率测试，通过改变驱动电流的大小，获得该发光单元相应的输出光功率；
（4）采用直线拟合法得到该发光单元的阈值电流；
（5）保持多发光单元半导体激光器位置不动，通过移动孔径光阑，按照步骤（3）、（4）依次得到每个发光单元的阈值电流；
（6）最后得到所有发光单元的阈值电流，形成空间阈值电流信息图。
基于上述多发光单元半导体激光器空间阈值电流的测试方法，由于封装过程中产生的应力分布与各发光单元的阈值电流密切相关，当发光单元受到压应力的时候，阈值电流减少，当发光单元受到张应力的时候，阈值电流增大；本发明测试半导体激光器封装产生的应力的方法，是根据得到的空间阈值电流信息图，定性地得出半导体激光器封装所产生的应力分布情况。
本发明还提供一种实现上述多发光单元半导体激光器空间阈值电流测试方法的装置，包括依次设置的多发光单元半导体激光器、快慢轴准直透镜组件、具有放大作用的显微物镜、位置可调的孔径光阑、以及光功率探测器。
考虑到孔径光阑在强激光的辐照下容易发生变形，导致孔径光阑通光孔径的尺寸发生变化，将影响对不同发光单元隔离，因此对孔径光阑进行散热结构设计。具体可以采用以下三种方式进行散热：
孔径光阑采用高热导率的金属材料制成，在孔径光阑的表面涂覆吸光材料，所述的高热导热率金属材料可以是铜、金、铜钨、铜金刚石复合材料等。
在孔径光阑处设置风扇进行风冷。
在孔径光阑上设置微通道水路或者宏通道水路进行散热。
本发明具有以下优点：
本发明能够准确、简便地测试半导体激光器不同发光单元的阈值电流信息，形成多发光单元半导体激光器空间阈值电流信息图。本发明通过获得的空间阈值电流信息图，定性地得出半导体激光器封装所产生的应力分布情况。
采用空间阈值电流的测试反映应力分布的方法具有方法简单、测试效率高的优点，可以对不同占空比、多发光单元的不同功率半导体激光器进行应力分析。
本方法可以用于指导和改善半导体激光器的封装工艺，例如在贴片工艺中压块的重量、倾斜角等可以通过本发明给予一定的指导和改进。
附图说明
图1为本发明的空间阈值电流测试装置示意图。
图2为采用液冷方式散热的孔径光阑示意图。
图3为40W传导冷却型半导体激光器阵列空间阈值电流测试结果。
图4为40W传导冷却型半导体激光器阵列封装产生的应力分布。
附图标号说明：
1-半导体激光器；2-快轴准直镜；3-慢轴准直镜；4-显微物镜；5孔径光阑；6-功率计；7-水路；8-入水口；9-出水口。
具体实施方式
本发明首先提供一种多发光单元半导体激光器空间阈值电流的测试方法，包括以下步骤：
（1）在半导体激光器出光面前方设置快轴准直镜和慢轴准直镜，用于压缩半导体激光器的快轴发散角和慢轴发散角，提高测试的准确性；
（2）在快慢轴准直镜的后面放置显微物镜，用于半导体激光器多个发光单元在空间上放大，放大后的发光单元通过孔径光阑将每个独立的发光单元分离出来，利用光电探测器对每个独立的发光单元进行功率测试；
（3）利用光电探测器对该发光单元进行功率测试，通过改变驱动电流的大小，获得该发光单元在不同驱动电流下对应的输出光功率；
（4）采用直线拟合法得到该发光单元的阈值电流；
（5）保持多发光单元半导体激光器位置不动，通过移动孔径光阑，按照步骤（3）、（4）依次得到每个发光单元的阈值电流；
（6）最后得到所有发光单元的阈值电流，形成空间阈值电流信息图。
如图1所示，本发明的空间阈值电流测试装置，包括依次设置的多发光单元半导体激光器、快慢轴准直透镜组件、具有放大作用的显微物镜、位置可调的孔径光阑、以及光功率探测器。
在某一发光单元透过孔径光阑时，孔径光阑在其他发光单元的辐照下容易发生变形，可以考虑以下三种散热方式：
（1）采用高热导率的金属材料制作孔径光阑，在孔径光阑的表面涂覆吸光材料，避免强激光的反射到半导体激光器腔面损伤激光器。所述的高热导热率金属材料可以是铜、金、铜钨、铜金刚石复合材料等。所述的吸光材料可以是黑漆吸光涂层、磷酸盐吸光涂层、石墨复合材料吸光涂层等。
（2）采用风冷降温的方法对孔径光阑的表面进行散热，在孔径光阑处设置风扇进行风冷。
（3）如图2，采用水冷降温的方法对孔径光阑进行散热，在孔径光阑上设置微通道水路或者宏通道水路进行散热。
由于多发光单元半导体激光器封装过程中产生的应力分布与各发光单元的阈值电流密切相关，当发光单元受到压应力的时候，阈值电流减少，当发光单元受到张应力的时候，阈值电流增大；因此，根据得到的空间阈值电流信息图，能够定性地得出半导体激光器封装所产生的应力分布情况。
实验验证：
40W传导冷却型半导体激光器阵列包含19个发光单元，占空比20%，发光区宽度100μm，腔长1.5mm，空间阈值电流测试数据如图3所示，封装产生的应力分布经实验测算，如图4所示。可以看出，对于阈值电流较大的发光单元受到张应力的作用，例如第2、17、18个发光单元，阈值电流较小的发光单元受到压应力的作用，例如第9个发光单元。

Claims (6)

1.一种多发光单元半导体激光器空间阈值电流的测试方法，包括以下步骤：
(1)对多发光单元半导体激光器发出的光进行快轴准直和慢轴准直；
(2)在快慢轴准直镜的后面放置显微物镜，用于半导体激光器多个发光单元在空间上放大，放大后的发光单元通过孔径光阑将各个独立的发光单元分离出来，调节孔径光阑的位置以及通光孔径只允许一个发光单元的光通过；
(3)利用光电探测器对该发光单元进行功率测试，通过改变驱动电流的大小，获得该发光单元相应的输出光功率；
(4)采用直线拟合法得到该发光单元的阈值电流；
(5)保持多发光单元半导体激光器位置不动，通过移动孔径光阑，按照步骤(3)、(4)依次得到每个发光单元的阈值电流；
(6)最后得到所有发光单元的阈值电流，形成空间阈值电流信息图。
2.一种测试多发光单元半导体激光器封装产生的应力的方法，其特征在于：基于权利要求1所述的多发光单元半导体激光器空间阈值电流的测试方法，当发光单元受到压应力的时候，阈值电流减少，当发光单元受到张应力的时候，阈值电流增大；根据得到的空间阈值电流信息图，定性地得出半导体激光器封装所产生的应力分布情况。
3.一种多发光单元半导体激光器空间阈值电流测试装置，包括依次设置的多发光单元半导体激光器、快慢轴准直透镜组件、具有放大作用的显微物镜、位置可调的孔径光阑、以及光功率探测器。
4.根据权利要求3所述的多发光单元半导体激光器空间阈值电流测试装置，其特征在于：孔径光阑采用高热导率的金属材料制成，在孔径光阑的表面涂覆吸光材料；所述的高热导热率金属材料为铜、金、或者铜钨。
5.根据权利要求3所述的多发光单元半导体激光器空间阈值电流测试装置，其特征在于：在孔径光阑处设置风扇进行风冷。
6.根据权利要求3所述的多发光单元半导体激光器空间阈值电流测试装置，其特征在于：在孔径光阑上设置微通道水路或者宏通道水路进行散热。
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