CN111089438A - 一种半导体激光器测试夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种半导体激光器测试夹具，属于激光器技术领域。本发明的测试夹具包括：基体，其上开设有凹槽；半导体制冷装置，其设置在所述凹槽内，所述半导体制冷装置的冷面面向所述凹槽敞口一侧；电路板，其安装在所述基体表面，且覆盖所述凹槽的敞口，所述电路板、所述半导体制冷装置的冷面及所述基体形成一容纳腔，用于容纳所述半导体激光器；进气通道，其开设在所述基体的一侧，所述进气通道的一端与外部充气装置连通，所述进气通道的另一端与所述容纳腔连通。本发明的测试夹具可实现在常温常湿环境下对半导体激光器进行低温光学性能测试。

Description

一种半导体激光器测试夹具

技术领域

本发明属于激光器技术领域，特别是涉及一种半导体激光器测试夹具。

背景技术

随着光电子技术和信息技术的发展，半导体激光器在光纤通信、信息存储等领域得到了广泛的应用。作为系统的光源，激光器特性的优劣直接影响着系统的性能。

目前，在半导体器件测试领域，产品低温性能测试是常见测试项目之一，

为防止低温下结霜对测试精度造成影响，测试通常是在密闭真空环境中进行，每次测试需要配合真空泵进行抽真空操作，工序繁琐，测试成本较高。半导体激光器作为发光光源，低温下结霜会覆盖发光区，严重影响测试准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体激光器测试夹具，可实现在常温常湿环境下对半导体激光器进行低温光学性能测试。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种半导体激光器测试夹具，其包括：

基体，其设有凹槽；

半导体制冷装置，其设置在所述凹槽内，所述半导体制冷装置的冷面面向所述凹槽敞口一侧；

电路板，其安装在所述基体表面，且覆盖所述凹槽的敞口，所述电路板、所述半导体制冷装置的冷面及所述基体形成一容纳腔，用于容纳所述半导体激光器；

进气通道，其开设在所述基体的一侧，所述进气通道的一端与外部充气装置连通，所述进气通道的另一端与所述容纳腔连通。

在本发明的一个实施例中，所述测试夹具还包括光学镜片模组，所述光学镜片模组设置在所述电路板上对应所述容纳腔的位置。

在本发明的一个实施例中，所述光学镜片模组上设有固定座，所述固定座位于所述容纳腔一侧。

在本发明的一个实施例中，所述测试夹具还包括多个电极，所述多个电极穿过所述电路板延伸至所述容纳腔内。

在本发明的一个实施例中，所述电极位于所述固定座的外侧。

在本发明的一个实施例中，所述基体所用材料的导热系数小于0.2 W/m*k。

在本发明的一个实施例中，所述半导体制冷装置的冷面上设有一导冷块。

在本发明的一个实施例中，所述半导体制冷装置还包括一热面，所述热面上设有一导热块。

在本发明的一个实施例中，所述基体与所述电路板之间设有密封圈。

在本发明的一个实施例中，所述电路板与外部加电线路连接。

本发明采用半导体制冷装置制造低温环境以达到半导体激光器的测试条件，本发明将半导体激光器置于相对密闭的容纳腔内，容纳腔体采用低导热率材料作为基体和电路板作为盖板组装在一起的形式，既方便更换器件，又保证相对密闭，然后通过填充大于大气压的保护气体，排出容纳腔内的常温常湿空气，保证半导体激光器低温测试过程中无多余的水蒸气导致结霜，从而实现在常温常湿环境下对半导体激光器进行低温性能测试，本发明的测试夹具操作简单，成本低廉，测试准确可靠。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明一种半导体激光器测试夹具的结构正视图；

图2为图1中测试夹具的结构立体图；

图3为图2中测试夹具的基体部分的结构立体图；

图4为图2中测试夹具的电路板部分的结构立体图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图4，本发明提供一种半导体激光器测试夹具，适用于所有类型的激光器，尤其适用于垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)，所述测试夹具包括：基体1、进气通道2、电路板4、电极5、透光镜片模组7和半导体制冷装置。

请参阅图1至图3，测试夹具的基体1采用低导热率的绝缘绝热材料加工制成，例如基体1所用材料的导热系数可以小于 0.2W/m*k，如可以选FR4，POM等材料，在一些实施例中，例如基体1所用材料的导热系数可以小于0.05W/m*k，如可以选用二氧化硅气凝胶材料，酚醛泡沫复合隔热材料等，采用低导热率的材料制成测试夹具的基体1可以保证半导体激光器在低温测试过程中外部热量不被引入。测试夹具的基体1上开设有凹槽，凹槽侧壁可以呈直线型，弧形或阶梯型等，本发明对凹槽形状不做限制。本实施例中，凹槽侧壁例如呈阶梯型。

请参阅图1至图3，半导体制冷装置设置在凹槽内，半导体制冷装置包括半导体制冷片12，导冷块11和导热块13。其中半导体制冷片12由多个N型和P型半导体相互排列而成，而N型和P型半导体之间以导体相连接而形成一完整线路，所述N型和P型半导体例如可以采用碲化铋，所述导体例如可以为铜、铝或其他金属导体，最后由两片陶瓷极板将串联的多个N型和P型半导体夹在中间，所述陶瓷极板可以采用绝缘且导热好的陶瓷材料。半导体制冷片12的工作运转是用直流电流，它既可制冷又可加热，通过改变直流电流的极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加热。在原理上，半导体制冷片12是一个热传递的工具，当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端，在本实施例中，例如半导体制冷使半导体制冷装置的两侧分别形成冷面和热面。但是由于半导体自身存在电阻当电流经过半导体时就会产生热量，从而会影响热传递。而且两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递。当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消，此时冷热端的温度就不会继续发生变化。具体的，可以在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，形成N型半导体，可以在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成P型半导体。半导体制冷片12中N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程，因浓度差，多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区，空间电荷区形成内电场，内电场促使少子漂移，内电场阻止多子扩散，最后使多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。在P型半导体和N型半导体的结合面两侧，留下离子薄层，这个离子薄层形成的空间电荷区称为PN结，PN结的内电场方向由N区指向P区。半导体制冷片12上外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反削弱了内电场。于是，内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大，当扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响。而实际上电子在通过电场后势能产生变化，能量转换为各种形势的表现，而热量的吸收与散发都是其表现的一个方面，半导体制冷片12的工作原理实际上就是通过定向电流将热能定向搬运的过程。

请参阅图1至图3，在一些实施例中，半导体制冷装置的冷面面向凹槽敞口一侧，且半导体制冷装置的冷面上设有一导冷块11，所述导冷块11例如为铜块，通过半导体制冷装置的冷面对待测试半导体激光器的接触面进行制冷，使半导体激光器温度例如可以达到-40℃-0℃。本实施例中，半导体制冷装置的热面位于背向凹槽敞口一侧，半导体制冷装置的热面上设有一导热块13，所述导热块13例如为铜块。

请参阅图1，在一些实施例中，测试夹具基体1相对于半导体制冷装置的不同部位还可以采用不同材料进行组合，例如对应半导体制冷装置的制冷区域外部的基体1可以采用导热率低的材料制成，进而对容纳腔进行保冷，例如对应半导体制冷装置的散热区域外部的基体1可以采用导热率高的材料制成，进而对半导体制冷装置的热区进行散热，以保证对容纳腔内的制冷和保冷效果。

请参阅图1、图2及图4，电路板4安装在基体1表面，且覆盖凹槽的敞口，所述电路板4、半导体制冷装置的冷面及基体1形成一密闭的容纳腔，用于容纳待测试的半导体激光器。本实施例中，电路板4例如为PCB线路板，本实施例中，将电路板4的边缘安装在凹槽的阶梯面上，使电路板4的上表面与基体1表面平齐，例如通过螺栓等紧固件将电路板4与基体1固定。本实施例中，电路板4包括基板、铜箔和粘合剂，其中基板是由高分子合成树脂和增强材料组成的绝缘层板，在基板的表面覆盖一层导电率高、焊接性好的纯铜箔，铜箔可以覆盖在基板的一面形成单面覆铜板，铜箔也可以覆盖在基板的两面形成双面覆铜板，本实施例中可以采用单面覆铜板，也可以采用双面覆铜板，对此不做限定。

请参阅图1及图3，在一些实施例中，为了保证容纳腔腔体密闭，基体1与电路板4之间还可以设有密封圈3。

请参阅图1、图2及图4，在一些实施例中，为了实现对半导体激光器测试过程中的收光，电路板4上还可以集成有光学镜片模组7，光学镜片模组7可一体成型于电路板4上，光学镜片模组7也可为独立元件集成于电路板上，本发明不限于此。光学镜片模组7可以包括光学透镜701，所述光学透镜701作为半导体激光器的出光口可穿过特定波长的光线，本实施例中，所述特定波长例如为550-1120nm，光学透镜701对激光的透过率例如大于99%，在一些实施例中，光学透镜701对激光的透过率例如大于50%，本发明不限于此，其中光学透镜701的材质可为玻璃材质，或者可为树脂材质或可为其他可透光的材质。光学透镜701设置在电路板4上且对应容纳腔的位置，在测试过程中，使半导体激光器的发光区域光路6对准光学透镜701。

请参阅图1及图4，在一些实施例中，光学镜片模组7还可以包括固定座702，固定座702用来使光学透镜701固定，所述固定座702可以安装于电路板4上且位于光学透镜701的外侧。所述固定座702形状可以呈圆环形套装在光学透镜701的外侧，也可以呈其他任意形状，只要能达到将光学透镜701固定在电路板4上的目的即可，同时固定座702位于容纳腔的一侧与待测试半导体激光器不接触，避免将半导体激光器的低温传导到光学透镜701导致光学透镜701起雾，影响出光。

请参阅图1、图2及图4，在一些实施例中，为了实现对半导体激光器测试过程中的加电，电路板4上还可以集成有多个电极5，在一些实施例中，该些电极可为探针，在另一些实施例中，该些电极可为导电弹片，但本发明不限于此，其中电路板4与外部加电线路9连接，电极5穿过电路板4延伸至容纳腔内，与待测试半导体激光器电极接触，外部加电线路9通过电极5与待测试半导体激光器的电极连接，对待测试半导体激光器加电。具体的，本实施例中，电极5的数量例如为4个，电极5穿过电路板4延伸至容纳腔内且位于光学镜片模组7外侧。

请参阅图1至图3，本发明的半导体激光器测试夹具，在基体1的任意一侧开设有一进气通道2，进气通道2的一端可以与外部充气装置连通，进气通道2的另一端与密闭的容纳腔连通，通过进气通道2向容纳腔内填充大于大气压的保护气体，所述保护气体可以采用惰性气体也可以采用氮气，通过填充保护气体使容纳腔内部的空气排出，从而防止低温结霜，进而实现半导体激光器在常温常湿环境下完成低温性能测试，而不需要对半导体激光器进行光纤耦合。

本发明半导体激光器测试夹具适用于在常温常湿环境下对半导体激光器进行低温测试，下面结合图1至图4对本发明测试夹具的工作原理及工作流程进行详细描述。

请参阅图1及图3，首先装载待测试器件，具体的，将半导体激光器封装于铜基板10内，这主要是为了保证激光芯片的散热能力，将封装半导体激光器的铜基板10置于导热率低的基体1凹槽内，这有利于保证测试夹具在测试过程中的保冷性能，使待测试半导体激光器的测试温度维持在例如-40℃-0℃。

请参阅图1、图2及图4，将集成光学镜片模组7和电极5的电路板4固定在基体1上，其中透光镜片模组7对于波长例如在550-1120nm区间的激光的透光率例如大于99%，在一些其他实施例，透光镜片模组7对于波长例如在550-1120nm区间的激光的透光率例如大于50%，本发明不限于此，且光学镜片模组7对准半导体激光器的发光区域，不会挡住半导体激光器的光路6。另外电极5在保证对半导体激光器加电的同时，其弹性力还可以起到促进封装半导体激光器的铜基板10与半导体制冷装置冷面相接触的作用，从而进一步保证了半导体激光器芯片的散热性能。

请参阅图1至图3，再通过进气通道2向本发明测试夹具的容纳腔内填充大于大气压的保护气体，使测试夹具的容纳腔内的水蒸气从装配缝隙中排出，通过参考气压表读数并配合调节半导体制冷装置控温系统的PID参数，从而保证半导体激光器在低温环境下无结霜，避免结霜覆盖半导体激光器发光区，继而影响半导体激光器的测试准确性。

请参阅图1、图2及图4，最后通过与电路板4连接的外部加电线路9对半导体激光器芯片进行加电，然后对准光学镜片模组7中的光学透镜701对半导体激光器进行收光测试。

以上公开的本发明选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种半导体激光器测试夹具，其特征在于，其包括：

基体，其设有凹槽；

半导体制冷装置，其设置在所述凹槽内，所述半导体制冷装置的冷面面向所述凹槽敞口一侧；

电路板，其安装在所述基体表面，且覆盖所述凹槽的敞口，所述电路板、所述半导体制冷装置的冷面及所述基体形成一容纳腔，用于容纳所述半导体激光器；

进气通道，其开设在所述基体的一侧，所述进气通道的一端与外部充气装置连通，所述进气通道的另一端与所述容纳腔连通。

2.根据权利要求1所述一种半导体激光器测试夹具，其特征在于，所述测试夹具还包括光学镜片模组，所述光学镜片模组设置在所述电路板上对应所述容纳腔的位置。

3.根据权利要求2所述一种半导体激光器测试夹具，其特征在于，所述光学镜片模组上设有固定座，所述固定座位于所述容纳腔一侧。

4.根据权利要求3所述一种半导体激光器测试夹具，其特征在于，所述测试夹具还包括多个电极，所述多个电极穿过所述电路板延伸至所述容纳腔内。

5.根据权利要求4所述一种半导体激光器测试夹具，其特征在于，所述电极位于所述固定座的外侧。

6.根据权利要求1所述一种半导体激光器测试夹具，其特征在于，所述基体所用材料的导热系数小于 0.2 W/m*k。

7.根据权利要求1所述一种半导体激光器测试夹具，其特征在于，所述半导体制冷装置的冷面上设有一导冷块。

8.根据权利要求1所述一种半导体激光器测试夹具，其特征在于，所述半导体制冷装置还包括一热面，所述热面上设有一导热块。

9.根据权利要求1所述一种半导体激光器测试夹具，其特征在于，所述基体与所述电路板之间设有密封圈。

10.根据权利要求1所述一种半导体激光器测试夹具，其特征在于，所述电路板与外部加电线路连接。

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