CN110146260A - 一种检测装置、设备及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种检测装置、设备及方法，属于激光技术领域。该检测装置，应用于检测垂直腔面发射激光器；所述检测装置包括放大成像系统、相机以及与所述相机连接的移动件；待测的垂直腔面发射激光器、放大成像系统以及所述相机共光轴设置；所述放大成像系统用于放大所述待测的垂直腔面发射激光器发出的激光光束；所述移动件用于移动所述相机；所述相机用于在不同位置处获取经所述放大成像系统放大后的激光光束的图像。在本申请实施例中，通过在不同位置处获取激光光束的图像，得到最小光斑以及激光光束的远场位置，进而可以准确的获得垂直腔面发射激光器的发散角以及激光的光束质量。

Description

一种检测装置、设备及方法

技术领域

本申请涉及技术激光技术领域，例如，涉及一种检测装置、设备及方法。

背景技术

目前，对于垂直腔面发射激光器(Vertical－cavity surface－emitting laser，VCSEL)的检测都是依靠发光二极管(LED)测试平台，由于LED测试与激光测试本质上的不同，激光的发散特性并不是简单的直线扩散，因此，LED测试平台无法准确的获取垂直腔面发射激光器的发散角，也无法测试最小光斑和激光的光束质量的准确性。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种检测装置、设备及方法，以改善上述“无法准确的获取垂直腔面发射激光器的发散角，也无法测试最小光斑和激光的光束质量的准确性”问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例通过如下方式实现：

第一方面，本申请实施例提供一种检测装置，应用于检测垂直腔面发射激光器；所述检测装置包括放大成像系统、相机以及与所述相机连接的移动件；待测的垂直腔面发射激光器、放大成像系统以及所述相机共光轴设置；所述放大成像系统用于放大所述待测的垂直腔面发射激光器发出的激光光束；所述移动件用于移动所述相机；所述相机用于在不同位置处获取经所述放大成像系统放大后的激光光束的图像。

在本申请实施例中，通过在不同位置处获取激光光束的图像，得到最小光斑以及激光光束的远场位置，进而可以准确的获得垂直腔面发射激光器的发散角以及激光的光束质量。并且，通过本申请实施例中的放大成像系统可以使得测量更精准，减小机械误差。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述放大成像系统包括显微物镜和镜筒；所述显微物镜设置在所述镜筒的一端，所述待测的垂直腔面发射激光器置于所述显微物镜远离所述镜筒的一侧。

在本申请中，通过设置显微物镜和镜筒可以更加精确的放大待测的垂直腔面发射激光器发出的激光光束，使得测量更加准确。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述放大成像系统还包括管透镜；所述管透镜设置在所述镜筒的另一端，所述管透镜与所述显微物镜位于所述镜筒的相对两端。

在本申请中，加装管透镜可以达到更好的聚焦效果，进一步地提高测量效果。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述移动件包括连接件、滑轨以及电机；所述连接件与所述相机连接，所述连接件置于所述滑轨上，所述电机用于驱动所述连接件沿着所述滑轨的轨道移动，以移动所述相机。

在本申请中，通过设置电机、滑轨可以使得相机稳定的移动至测量位置，减少了测试时的机械误差。

第二方面，本申请实施例提供一种检测设备，应用于检测垂直腔面发射激光器，所述检测设备包括：操作台以及置于所述操作台上的如上述第一方面提供的检测装置。

结合上述第二方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述检测设备还包括固定件；所述固定件置于所述操作台上，所述固定件用于固定所述待测的垂直腔面发射激光器。

第三方面，本申请实施例提供一种检测方法，应用于上述第一方面提供的检测装置中；所述方法包括：开启所述待测的垂直腔面发射激光器；将所述相机移动至第一位置、第二位置和第三位置，分别获取所述待测的垂直腔面发射激光器发出的激光在所述第一位置处的第一图像、在所述第二位置处的第二图像以及在所述第三位置处的第三图像；根据所述第一图像、所述第二图像以及所述第三图像，确定远场位置；将所述相机移动至所述远场位置处，获取第四图像；根据所述第一图像、所述第二图像、所述第三图像以及所述第四图像，得到所述待测的垂直腔面发射激光器发出的激光的发散角以及光束质量。

在本申请中，通过将相机移动至三个不同位置，可以获取到第一图像、第二图像以及第三图像，根据三张图像可以确定出远场位置，再将相机移动至远场位置，获取第四图像，根据第一图像、第二图像、第三图像以及第四图像，进而准确的得到待测的垂直腔面发射激光器发出的激光的发散角以及光束质量。

结合上述第三方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述根据所述第一图像、所述第二图像以及所述第三图像，确定远场位置，包括：将所述第一图像中的光斑、所述第二图像中的光斑以及第三图像中的光斑通过抛物线拟合，得到像方最小光斑；根据所述像方最小光斑求得瑞利长度；根据所述瑞利长度确定远场位置。

结合上述第三方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述根据所述像方最小光斑求得瑞利长度，包括：将所述像方最小光斑除以放大成像系统的放大倍数，得到物方最小光斑；根据所述物方最小光斑求得瑞利长度。

结合上述第三方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述根据所述第一图像、所述第二图像、所述第三图像以及所述第四图像，得到所述待测的垂直腔面发射激光器发出的激光的发散角以及光束质量，包括：根据所述第一图像中的光斑、所述第二图像中的光斑以及第三图像中的光斑通过抛物线拟合后得到像方最小光斑，进而得到所述像方最小光斑的顶点位置；根据所述第四图像，得到所述远场位置处的光斑大小；根据所述像方最小光斑的顶点位置、所述像方最小光斑、所述远场位置以及所述远场位置处的光斑大小得到所述待测的垂直腔面发射激光器发出的激光的发散角以及光束质量。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种检测装置的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的一种相机和移动件的结构示意图。

图3为本申请实施例提供的一种检测设备的结构示意图。

图4为本申请实施例提供的一种检测方法的方法流程图。

图5为本申请实施例提供的一种获取步骤S103的方法的流程图。

图6为本申请实施例提供的一种获取步骤S105的方法的流程图。

图标：100-检测装置；10-放大成像系统；11-显微物镜；12-镜筒；13-管透镜；20-相机；30-移动件；31-连接件；32-滑轨；33-电机；200-待测的垂直腔面发射激光器；300-检测设备；40-操作台；50-固定件。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在现有技术中，对于垂直腔面发射激光器的检测都是依靠LED测试平台，由于LED测试与激光测试本质上的不同，激光的发散特性并不是简单的直线扩散，因此，LED测试平台无法准确的获取垂直腔面发射激光器的发散角，也无法测试最小光斑和激光的光束质量的准确性。

鉴于上述问题，本申请发明人经过研究探索，提出以下实施例以解决上述问题。

请参考图1，本申请实施例提供一种检测装置100，应用于检测垂直腔面发射激光器。具体的，该检测装置100用于检测垂直腔面发射激光器的最小光斑、发散角以及激光的光束质量。

该检测装置100包括：放大成像系统10、相机20以及移动件30。

放大成像系统10置于待测的垂直腔面发射激光器200与相机20之间，且待测的垂直腔面发射激光器200、放大成像系统10以及相机20共光轴设置。

其中，该放大成像系统10用于放大所述待测的垂直腔面发射激光器200发出的激光光束。

可选地，该放大成像系统10包括显微物镜11和镜筒12。显微物镜11设置在该镜筒12的一端。待测的垂直腔面发射激光器200置于该显微物镜11远离镜筒121的一侧。在本实施例中，所选取的是放大倍数为10倍的显微物镜11。可以理解，在不同的场景下，所选取的显微物镜11放大倍数不同，比如，在其他场景还可以选用50倍放大倍数的显微物镜11，对此，本申请不作限定。在本申请实施例中，通过设置显微物镜11和镜筒12可以更加精确的放大待测的垂直腔面发射激光器200发出的激光光束，使得测量更加准确。

作为又一种实施方式，放大成像系统10也可以是其他的设备，比如放大镜，在此，本申请不作限定。

可选地，放大成像系统10还包括管透镜13。管透镜13设置在镜筒12的另一端，以使管透镜13与显微物镜11位于所述镜筒12的相对两端。在本申请实施例中，加装管透镜13可以达到更好的聚焦效果，进一步提高测量效果。

其中，该移动件30与相机20连接，移动件30用于移动相机20。移动件30可以移动相机以使相机20在不同的位置对放大成像系统10放大后的激光光束进行成像。

请参阅图2，作为一种实施方式，移动件30包括连接件31、滑轨32以及电机33。连接件31与相机20连接。连接件31置于滑轨32上，并可在滑轨32上滑动。电机33用于驱动连接件31沿着滑轨32的轨道移动，以移动相机20。相机20用于在不同位置处获取经放大成像系统10放大后的激光光束的图像。在本申请实施例中，通过设置电机33、滑轨32可以使得相机20稳定的移动至测量位置，减少了测试时的机械误差。

作为又一种实施方式，移动件包括连接件、滑槽以及电机。连接件与相机连接。连接件置于滑槽内部，且可在滑槽内部滑动。电机用于驱动连接件沿着滑槽移动，以移动相机。相机用于在不同位置处获取经放大成像系统放大后的激光光束的图像。

在本申请实施例中，通过在不同位置处获取激光光束的图像，得到最小光斑以及激光光束的远场位置，进而可以准确的获得垂直腔面发射激光器的发散角以及激光的光束质量。并且，通过本申请实施例中的放大成像系统10可以使得测量更精准，减小机械误差。

请参阅图3，本申请实施例还提供一种检测设备300。该检测设备300应用于检测垂直腔面发射激光器，具体的，用于检测垂直腔面发射激光器的最小光斑、发散角以及激光的光束质量。

该检测设备300包括操作台40以及置于操作台40上的上述的检测装置100。

可选地，该检测设备300还包括固定件50。固定件50置于操作台40上，用于固定待测的垂直腔面发射激光器200。

可选地，固定件50还可以用于固定放大成像系统10。

请参阅图4，本申请实施例还提供一种检测方法，应用于上述的检测装置100。该方法包括：步骤S101-S105。

步骤S101：开启待测的垂直腔面发射激光器200。

在进行测量之前，首先，将待测的垂直腔面发射激光器200置于测量位置，以使待测的垂直腔面发射激光器200与检测装置100中的放大成像系统10以及相机20共光轴设置。然后，再开启待测的垂直腔面发射激光器200。

步骤S102：将相机20移动至第一位置、第二位置和第三位置，分别获取待测的垂直腔面发射激光器发出的激光在第一位置处的第一图像、在第二位置处的第二图像以及在第三位置处的第三图像。

具体地，首先，打开检测装置中的相机20，将相机移动至第一位置处。需要说明的是，第一位置可以是一倍的瑞利长度位置。可以理解的是，对于不同规格型号的垂直腔面发射激光器本领域技术人员应该清楚瑞利长度的数值范围。因此，相机20移动到的一倍的瑞利长度的第一位置是根据工作人员的经验推算的大致位置。当相机20移动至第一位置时，获取待测的垂直腔面发射激光器200发出的激光在第一位置处的第一图像。之后，将相机20移动至第二位置，获取待测的垂直腔面发射激光器200发出的激光在第二位置处的第二图像。第二位置与第一位置之间的距离可以为一倍的瑞利长度。然后，将相机20移动至第三位置，获取待测的垂直腔面发射激光器200发出的激光在第三位置处的第三图像。第三位置与第二位置之间的距离同样可以为一倍的瑞利长度。

可以理解，其他实施例中，第一位置还可以是1.5倍瑞利长度位置或者0.5倍瑞利长度位置。第一位置与第二位置之间的距离和/或第二位置与第三位置之间的距离还可以是1.2倍瑞利长度位置。对此，本申请不作限定。

步骤S103：根据第一图像、第二图像以及第三图像，确定远场位置。

请参阅图4，具体的，根据第一图像、第二图像以及第三图像，确定远场位置可以包括：步骤S201-S203。

步骤S201：将第一图像中的光斑、第二图像中的光斑以及第三图像中的光斑通过抛物线拟合，得到像方最小光斑。

步骤S202：根据像方最小光斑求得瑞利长度。

其中，根据像方最小光斑求得瑞利长度，首先需将像方最小光斑除以放大成像系统10的放大倍数，得到物方最小光斑。如放大成像系统10的放大倍数为10倍，则需将像方最小光斑除以放大倍数10倍，得到物方最小光斑；又如放大成像系统10的放大倍数为20倍，则需将像方最小光斑除以放大倍数20倍，得到物方最小光斑。在得到物方最小光斑之后，根据物方最小光斑求得瑞利长度。其中，计算瑞利长度的公式为其中Z_r表示所述瑞利长度，ω₀表示所述物方最小光斑，λ表示波长。由于π和波长λ都是已知数值，因此，求得物方最小光斑ω₀即可求得瑞利长度Z_r。

步骤S203：根据瑞利长度确定远场位置。

得到准确的瑞利长度后，可以根据瑞利长度获取准确的远场位置。在本申请实施例中，远场位置例如可以为4倍瑞利长度的位置。

步骤S104：将相机20移动至所述远场位置处，获取第四图像。

在获取到准确的远场位置后，将相机20移动至远场位置，以获取待测的垂直腔面发射激光器200发出的激光在远场位置处的第四图像。

步骤S105：根据第一图像、第二图像、第三图像以及第四图像，得到待测的垂直腔面发射激光器200发出的激光的发散角以及光束质量。

具体的，根据第一图像、第二图像、第三图像以及第四图像，得到待测的垂直腔面发射激光器发出的激光的发散角以及光束质量可以包括：步骤S301-S303。

步骤S301：根据第一图像中的光斑、第二图像中的光斑以及第三图像中的光斑通过抛物线拟合后得到像方最小光斑，进而得到像方最小光斑的顶点位置。

在获取到待测的垂直腔面发射激光器200发出的激光的第一图像、第二图像、第三图像后，根据第一图像中的光斑、第二图像中的光斑以及第三图像中的光斑通过抛物线拟合后得到像方最小光斑，进而得到像方最小光斑的顶点位置。

步骤S302：根据第四图像，得到远场位置处的光斑大小。

步骤S303：根据像方最小光斑的顶点位置、像方最小光斑、远场位置以及远场位置处的光斑大小得到待测的垂直腔面发射激光器200发出的激光的发散角以及光束质量。其中，计算待测的垂直腔面发射激光器200的发散角的公式为其中NA表示待测的垂直腔面发射激光器200的发散角，ω_zff表示远场位置处的光斑大小，ω₀表示物方最小光斑，zff表示远场位置，Z₀表示所述像方最小光斑的顶点位置；其中计算所述待测的垂直腔面发射激光器200的光束质量的其中M²表示所述待测的垂直腔面发射激光器200的光束质量。

在本申请实施例中，通过将相机20移动至三个不同位置，可以获取到第一图像、第二图像以及第三图像，根据三张图像可以确定出远场位置，再将相机20移动至远场位置，获取第四图像，根据第一图像、第二图像、第三图像以及第四图像，进而准确地得到待测的垂直腔面发射激光器200发出的激光的发散角以及光束质量。

可以理解的是，本申请实施例提供检测装置还包括处理器和存储器，该处理器可以与该检测装置100一体设置，即该处理器置于检测装置100内部，也可以是单独设置的一个控制柜，或者也可是远程的服务器，在此不作限定。处理器用于执行存储器中存储的程序，例如处理器用于驱动电机33，以使电机33依次将相机20移动至第一位置、第二位置和第三位置。处理器还用于获取待测的垂直腔面发射激光器200发出的激光在第一位置处的第一图像、在第二位置处的第二图像以及在第三位置处的第三图像，并根据第一图像、第二图像以及第三图像，确定远场位置。处理器还用于驱动电机33，以使相机20移动至所述远场位置处，并获取第四图像。处理器还用于根据第一图像、第二图像、第三图像以及第四图像，得到待测的垂直腔面发射激光器200发出的激光的发散角以及光束质量。

其中，存储器可以是高速RAM存储器，也可以是非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。

其中，处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；也可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的方法、装置和电子设备，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的方法、装置和电子设备产品的可能实现的体系架构、功能和操作。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种检测装置，其特征在于，应用于检测垂直腔面发射激光器；

所述检测装置包括放大成像系统、相机以及与所述相机连接的移动件；待测的垂直腔面发射激光器、放大成像系统以及所述相机共光轴设置；

所述放大成像系统用于放大所述待测的垂直腔面发射激光器发出的激光光束；

所述移动件用于移动所述相机；

所述相机用于在不同位置处获取经所述放大成像系统放大后的激光光束的图像。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述放大成像系统包括显微物镜和镜筒；所述显微物镜设置在所述镜筒的一端，所述待测的垂直腔面发射激光器置于所述显微物镜远离所述镜筒的一侧。

3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述放大成像系统还包括管透镜；所述管透镜设置在所述镜筒的另一端，所述管透镜与所述显微物镜位于所述镜筒的相对两端。

4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述移动件包括连接件、滑轨以及电机；所述连接件与所述相机连接，所述连接件置于所述滑轨上，所述电机用于驱动所述连接件沿着所述滑轨的轨道移动，以移动所述相机。

5.一种检测设备，其特征在于，应用于检测垂直腔面发射激光器，所述检测设备包括：操作台以及置于所述操作台上的如权利要求1-4中任一项所述检测装置。

6.根据权利要求5所述的检测设备，其特征在于，所述检测设备还包括固定件；

所述固定件置于所述操作台上，所述固定件用于固定所述待测的垂直腔面发射激光器。

7.一种检测方法，其特征在于，应用于如权利要求1-4中任一项所述的检测装置；所述方法包括：

开启所述待测的垂直腔面发射激光器；

将所述相机移动至第一位置、第二位置和第三位置，分别获取所述待测的垂直腔面发射激光器发出的激光在所述第一位置处的第一图像、在所述第二位置处的第二图像以及在所述第三位置处的第三图像；

根据所述第一图像、所述第二图像以及所述第三图像，确定远场位置；

将所述相机移动至所述远场位置处，获取第四图像；

根据所述第一图像、所述第二图像、所述第三图像以及所述第四图像，得到所述待测的垂直腔面发射激光器发出的激光的发散角以及光束质量。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述根据所述第一图像、所述第二图像以及所述第三图像，确定远场位置，包括：

将所述第一图像中的光斑、所述第二图像中的光斑以及第三图像中的光斑通过抛物线拟合，得到像方最小光斑；

根据所述像方最小光斑求得瑞利长度；

根据所述瑞利长度确定远场位置。

9.根据权利要求8所述的测量方法，其特征在于，所述根据所述像方最小光斑求得瑞利长度，包括：

将所述像方最小光斑除以放大成像系统的放大倍数，得到物方最小光斑；

根据所述物方最小光斑求得瑞利长度。

10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，所述根据所述第一图像、所述第二图像、所述第三图像以及所述第四图像，得到所述待测的垂直腔面发射激光器发出的激光的发散角以及光束质量，包括：

根据所述第一图像中的光斑、所述第二图像中的光斑以及第三图像中的光斑通过抛物线拟合后得到像方最小光斑，进而得到所述像方最小光斑的顶点位置；

根据所述第四图像，得到所述远场位置处的光斑大小；

根据所述像方最小光斑的顶点位置、所述像方最小光斑、所述远场位置以及所述远场位置处的光斑大小得到所述待测的垂直腔面发射激光器发出的激光的发散角以及光束质量。