CN112284688A

CN112284688A - 一种tosa的自动测试系统及测试方法

Info

Publication number: CN112284688A
Application number: CN202011057377.2A
Authority: CN
Inventors: 曾延华; 余金文; 林炳灿; 王锐; 陈威翔; 蓝斌伟
Original assignee: Xiamen San U Optronics Co ltd
Current assignee: Xiamen San U Optronics Co ltd
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2021-01-29
Anticipated expiration: 2040-09-29
Also published as: CN112284688B

Abstract

本发明公开了一种TOSA的自动测试系统及测试方法，其用于测试内置有TEC和热敏电阻的TOSA，其包含用于对TOSA发出的激光进行测试的测试单元、为TOSA提供驱动电流并对TOSA的电流和/或电阻进行测试/采集的调节单元以及监控调节单元和测试单元的计算机单元。该自动测试系统通过计算机单元和调节单元在不同温度的外部环境下实现TOSA内部的TEC的自动调节，并通过测试单元输出TOSA的光电参数测试结果，由计算机单元监控并记录调节单元和测试单元的输出结果，通过对TOSA高温与常温、低温与常温的光电参数结果对比，自动得出TOSA的合格判定结果，操作简便，精准度高，测试效率高。

Description

一种TOSA的自动测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及激光器的产品检测领域，特别是一种TOSA的自动测试系统及测试方法。

背景技术

固定波长的TOSA(Transmit Optical Sub-Assembl，光发射器件/组件) 在光纤通信领域具有广泛的应用。但是TOSA发射的激光波长容易受到环境温度的影响而发生漂移。有研究表明，在工作电流恒定的情况下，TOSA的温度每升高1℃，发射的激光波长将增加70-150pm。但是用户在使用时，通常希望在不同温度的外部环境下(例如高温、低温和常温环境下)，TOSA发射出的激光波长能保持恒定。

在上述情况下，现有的固定波长的TOSA通常内置有TEC(Thermo ElectricCooler，热电制冷器)，其在外加电流的作用下，可以切换制冷或者制热模式，从而为所述固定波长的TOSA进行升温(外界环境为低温时)或降温(外界环境为高温时)以达到指定温度，然后对温度调节前后TOSA发射出的激光的光电参数(包括光谱中心波长)进行测试和对比，从而判断该TOSA产品是否合格或满足用户需求。

但是目前对这类带有TEC的固定波长的TOSA的测试多为手动测试，这一方面会增加测试难度，工作效率较低，每调一次TEC的外加电流参数，就需要观察一次TOSA发射出的激光波长(光谱中心波长)，反复多次手动调节和观察直至波长达到指定值；另一方面手动测试的精准度较低。实验表明，手动调节测试调节TEC电流参数时，调节10mA，波长变化一百多pm，调节1mA，波长变化十几pm，调节0.1mA，波长变化2pm左右，无法实现精准调节。因此，研究开发一种带有TEC的固定波长的TOSA的自动测试系统及方法具有重要意义。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种精准度好、测试效率高的TOSA的自动测试系统及方法，其可以克服现有技术的缺陷，精准、快速地得到测试结果，提高工作效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种TOSA的自动测试系统，其包括：

夹具，具有密封腔，所述密封腔用于容置所述待测试TOSA并为所述待测试TOSA提供不同的外部温度环境；

测试板组件，固定安装在所述密封腔内，与所述TOSA电连接，且具有电气连接插口；

测试单元，与所述TOSA通过光纤连接，至少包含光谱测试装置和功率测试装置；

调节单元，通过连接线连接所述电气连接插口，用于向所述待测试TOSA 提供驱动电流以及测试/采集所述待测试TOSA的电流和/或电阻参数；以及

计算机单元，控制连接所述测试单元和调节单元，监控所述测试单元和所述调节单元。

优选地，所述测试板组件包含底板和PCB板，所述PCB板垂直插设在所述底板上，所述PCB板与所述待测试TOSA连接，所述底板上设有所述电气连接插口。

优选地，所述底板设置在所述密封腔的底部，所述待测试光器件待测试 TOSA与所述底板平行设置。

优选地，所述密封腔具有进气通道，所述进气通道用于向所述密封腔内输入不同温度的气体。

进一步地，所述密封腔的进气通道的出口位于所述待测试TOSA的正上方。

优选地，所述夹具的密封腔相对的两侧壁上分别设有光纤连接孔和电气连接孔，所述光纤连接孔用于使连接所述待测试TOSA和所述测试单元的光纤穿过，所述电气连接孔供所述连接线穿过，所述光纤连接孔和电气连接孔处均设有密封件以使所述密封腔保持密封。

与所述TOSA的自动测试系统相对应的，本发明还提供一种TOSA的自动测试方法，其包括以下步骤：

常温环境测试：控制夹具内的环境温度为常温，TEC处于不工作状态，调节单元为待测试TOSA通电，待测试TOSA发射激光，计算机单元监控并记录此时的光谱中心波长、SMSR和光谱宽度；调节单元为TEC通电，计算机控制调节TEC电流，使光谱中心波长稳定在预设值，计算机单元监控并记录测试单元输出的SMSR、光谱宽度和光功率值，以及调节单元输出的热敏电阻的电阻值和TEC电流值；

低温环境测试：控制夹具内的环境温度为低温，TEC处于不工作状态，调节单元为待测试TOSA通电，待测试TOSA发射激光，计算机单元监控并记录此时的光谱中心波长、SMSR和光谱宽度；调节单元为TEC通电，计算机控制调节TEC电流，使热敏电阻的电阻值与常温环境测试步骤中的电阻值相同，计算机单元监控并记录测试单元输出的光谱波长光谱中心波长、SMSR、光谱宽度和光功率值以及调节单元输出的TEC电流值；

高温环境测试：控制夹具内的环境温度为高温，TEC处于不工作状态，调节单元为待测试TOSA通电，待测试TOSA发射激光，计算机单元监控并记录此时的光谱中心波长、SMSR和光谱宽度；调节单元为TEC通电，计算机控制调节TEC电流，使热敏电阻的电阻值与常温环境测试中的电阻值相同，计算机单元监控并记录测试单元输出的光谱波长光谱中心波长、光功率值以及调节单元输出的TEC电流值；

结果判定：计算机单元自动计算出低温状态与常温状态的功率差和波长误差，高温状态与常温状态的功率差和波长误差，供用户筛选出合格或满足客户要求的TOSA。

优选地，所述常温环境测试步骤中，波长的预设值为1567.95nm。

优选地，所述高温为大于50℃的温度。

优选地，所述低温为小于7℃的温度。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的自动测试系统通过计算机单元和调节单元在不同温度外部环境下实现TOSA内部的TEC的自动调节，并通过测试单元输出TOSA的光电参数测试结果，由计算机单元监控并记录调节单元和测试单元的输出结果，通过对TOSA高温与常温、低温与常温的光电参数结果对比，自动得出 TOSA的合格判定结果，操作简便，精准度高，测试效率高；

(2)本发明的夹具壳体内的密封腔即可提供冷热冲击箱(快速温变箱) 功能，夹具集冷热冲击箱(快速温变箱)于一体，壳体相对的两侧壁分别设有光纤连接孔和电气连接孔以供待测光器件测试用，结构精简，方便操作。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1：本发明的TOSA的自动测试系统的结构框图；

图2：本发明优选实施例的夹具的立体示意图；

图3：本发明优选实施例的夹具去除前盖的立体示意图；

图4：本发明优选实施例的夹具去除前盖和进气箱的立体示意图；

图5：本发明优选实施例的夹具壳体前盖部分打开(保温层未示出)的立体示意图；

图6：本发明优选实施例的夹具壳体(不包含前盖和保温层)的示意图；

图7：本发明的TOSA的测试软件的测试界面；

图8：本发明的TOSA的测试软件的控制界面。

图中：

1、壳体，11、密封腔，12、侧壁，121、光纤连接孔，122、电气连接孔， 123、固定盖，13、前盖，14、底壁，15、顶壁，151、进气箱连接孔，1511、凹圈，152、凹槽；

2、测试板组件，21、底板，211、插槽，22、PCB板；

3、待测试TOSA；

4、进气箱，41、进气通道；

5、保温层；

6、防滑垫块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参照图1所示，本发明提供的一种TOSA的自动测试系统，其包括：夹具、测试板组件、测试单元、调节单元和计算机单元。其中，本发明用于测试的 TOSA包含外部的管壳和封装在所述管壳之内的激光二极管(LD)、光电二极管(PD)、TEC和热敏电阻；激光二极管(LD)的作用是根据注入的电流激发产生激光，光电二极管(PD)的作用是检测TOSA发出的激光的功率，热电制冷器(TEC)在外加电流的作用下，可以切换制冷或者制热模式，热敏电阻的阻值随温度的变化而变化(热敏电阻的阻值和温度呈线性关系)，热敏电阻紧邻LD安装，从而可以间接表征LD的温度。夹具，具有密封腔，该密封腔用于容置所述待测试TOSA并为所述待测试TOSA提供不同的外部温度环境；测试板组件，固定安装在所述密封腔内，与所述待测试TOSA电连接，且具有电气连接插口；测试单元，与所述待测试TOSA通过光纤连接，至少包含光谱测试装置和功率测试装置；调节单元，通过连接线连接所述电气连接插口，用于向所述待测试TOSA提供驱动电流以及测试/采集TOSA的电流和/或电阻参数；计算机单元，控制连接所述测试单元和调节单元，监控所述测试单元和所述调节单元。

具体地，参照图2-图6所示，本实施例中，所述夹具包含壳体1，壳体 1中空形成有密封腔11。此处将该夹具面向用户的一面定义为前面。配合图 2和图6所示，壳体1包含位于两侧的侧壁12，位于前面的前盖13，位于底部的底壁14、位于顶部的顶壁15以及与前盖13相对设置的后壁(未标示)。侧壁12密封连接前盖13、所述后壁、底壁14和顶壁15以形成密封腔11。

配合图3-图5所示，密封腔11内设有所述测试板组件，所述测试板组件包含底板21和PCB板22。参照图3所示，底板21设置在底壁14上，其可以是通过螺栓锁固在底壁14上，本实施例中底板21为电路板。底板21 的一侧(例如为图2所示的右侧)设有插槽211，PCB板22垂直插设在插槽 211上。PCB板与待测试TOSA 3连接(例如是通过金手指连接或焊接)，底板 21上还设有电气连接插口。待测试TOSA 3与底板21平行设置，故而待测试 TOSA 3与PCB板22垂直连接，所以PCB板22一方面固定了待测试TOSA 3，一方面连接待测试TOSA 3对待测试TOSA的信息(包括电流、电阻等参数信息)进行采集和传输，设计巧妙，结构精简。

配合图2-图6所示，壳体1相对的两侧壁12上分别设有光纤连接孔121 和电气连接孔122，待测试TOSA不与PCB板22连接的一端连接有光纤，所述光纤通过光纤连接孔121伸出密封腔11外，该光纤一端与待测试TOSA相连接，另一端与外部的光参数采集/测试设备相连接；所述底板21上的电气连接插口通过连接线连接所述供电单元，所述连接线由电气连接孔122伸出密封腔11之外。所述电气连接线(电线)一端与待测试TOSA相连接(具体可以是与待测试TOSA的引脚相连接)，另一端与电参数源表以及电参数采集设备相连接。参照图2所示，光纤连接孔121和电气连接孔122向密封腔11 的外侧延伸形成凸台(未标示)，所述凸台上设有密封件，所述密封件用于密封光纤连接孔121和电气连接孔122以保持密封腔11的密封性。所述密封件例如为橡胶制成的密封栓塞，其外部还可以套设有固定盖123，固定盖123 用于固定所述密封件，密封盖123与所述凸台连接，从而方便拆卸。

本实施例还设有进气通道41，进气通道41用于向密封腔11内输入不同温度的气体。进气通道41的出口411位于待测试TOSA的正上方从而可以使待测试TOSA的温变速率快，温变效果均匀/好。配合图2-图6所示，具体的，壳体1的顶壁15上设有进气箱连接孔151，进气箱连接孔151用于连接进气箱4，进气箱的底部设有一向下延伸的管道，所述管道即进气通道41。进气通道41完全伸入连接孔151时，进气箱4的底部恰好坐接在壳体1的顶壁 15上。参照图6所示，进气箱连接孔151设有一凹圈1511，凹圈1511内设有密封圈，从而保证了密封腔11的密封性。进气箱4上还设有进气口(图中未标示)，所述进气口与外部气源连接以为密封腔11提供不同温度的气体，所述不同温度的气体温度范围例如是-5℃-70℃。

配合图3和图5所示，本实施例中，前盖13铰接在壳体1的底壁14的侧边上，前盖13可用于打开或关闭密封腔11以更换待测试TOSA。前盖13 与侧壁12和顶壁15接触的部位均设有密封条，以使密封腔11保持密封。前盖13上还可以设有锁扣(图中未标示)，顶壁15上可以设有配合该锁扣的凹槽152，前盖13闭合时，所述锁扣与凹槽152处于扣紧状态，使得前盖13 无法活动，保持密封腔11关闭或处于密封状态。在其他实施例中，前盖13 也可以铰接在侧壁12和顶壁15上。

壳体1的内壁(即侧壁12、前盖13、所述后壁、底壁14和顶壁15的内侧)均覆设有保温层5，保温层5可以为隔热棉制成。保温层5的设置进一步提高了密封腔11内的保温效果，使得内部腔体的均温性较好本实施例中，壳体1的底部设有防滑垫块6，以使本实施例提供的夹具放置时更加稳固。在其他的实施例中，所述防滑垫块6也可以由带刹车的滚轮代替，使得夹具本体在搬运或转移时更加方便。

所述测试单元用于对所述待测试TOSA发射出的激光的光电参数进行测试，其与所述待测试TOSA通过光纤连接，所述测试单元包含光谱测试装置和功率测试装置，本实施例中，所述光谱测试装置例如是ANDO AQ6317 spectrum analyzer，其可以测试和读取所述待测试TOSA的光谱中心波长、SMSR (Side-Mode Suppression Ratio，边模抑制比)和光谱宽度，所述功率测试装置可以为Multilane optical test meter，连接光纤可以是SC/APC-FC/PC SM Fiber。

所述调节单元通过连接线连接所述电气连接插口，用于向所述待测试 TOSA提供驱动电流以及测试/采集待测试TOSA的电流和/或电阻参数，具体的，测试组件的底板上设有若干电气连接插口，从而待测试TOSA、调节单元 (包括源表)及测试板组件(参数采集装置)形成连接，调节单元通过电线连接所述电气连接插口，用于提供待测试TOSA驱动电流以及电流和/或电阻参数测试/采集；本实施例中，所述电气连接插口的数量为4个，在其他实施例中，该数量也可以根据调控参数的需要增减。

本实施例中，参照图1所示，所述4个电气连接插口中，第一电气连接插口连接为所述激光二极管(LD)提供驱动电流的LD电流源，以使待测试 TOSA发光，所述LD电流源可以是型号为keithley2400的多功能电源电表；第二电气连接插口连接测试所述光电二极管(PD)Im电流值的PD电流测试装置，所述PD电流测试装置例如为Agilent 34401A数字万用表；第三电气连接插口连接测试所述热敏电阻的电阻值的热敏电阻测试装置，所述热敏电阻测试装置例如是Agilent 34401A数字万用表；第四电气连接插口连接为所述TEC提供驱动电流的TEC电流源，所述TEC电流源例如是型号为 keithley2400的多功能电源电表。

所述计算机单元，控制连接所述测试单元和调节单元(例如是通过USB 连接线或其他通讯连接线连接)，监控所述测试单元和所述调节单元。所述计算机单元包含计算机，所述计算机上安装有自动测试软件，图7和图8示出了所述测试软件的测试和控制界面，该测试软件记录和分析由PCB板采集的各项数据(包括上述的电阻值、Im电流值等)和测试单元的测试数据。

本实施例提供的TOSA自动测试系统对应的测试方法如下：

S1、常温环境(温度为25℃)测试，其包括以下步骤：

S11、控制夹具内的环境温度为常温(通过进气通道像密封腔输入常温气体)，TEC处于不工作状态，打开连接第一电气连接插口的电流源(型号为 keithley2400的多功能电源电表)，给待测试TOSA的激光二极管(LD)通电，待测试TOSA发出激光，测试单元中的光谱测试装置(ANDO AQ6317 spectrum analyzer)测试和读取待测试TOSA发出的光的光电参数，所述光电参数包括光谱中心波长、SMSR(边模抑制比)和光谱宽度，然后传输给计算机单元，计算机单元的自动测试软件显示并记录此时的光谱中心波长、SMSR和光谱宽度；

S12、打开连接第二电气连接插口的电流源(型号为keithley2400的多功能电源电表)，给TEC接电，计算机控制调节调节单元以调节TEC电流，使光谱中心波长稳定在预设值(例如是1567.95nm±0.05nm)，自动测试软件显示并记录此时调节单元和测试单元输出的数据，所述数据包括光谱测试装置输出的SMSR、光谱宽度，功率测试装置输出的光功率值P_常温，TEC电流源输出的TEC电流值、热敏电阻的电阻值R12，以及光电二极管(PD)的Im电流值；

S2、低温环境(温度小于7℃，例如是-5℃)测试：其包括以下步骤：

S21、控制夹具内的环境温度为低温(通过进气通道像密封腔输入低温气体)，TEC处于不工作状态，给激光二极管通电，计算机的自动测试软件显示并记录此时的光谱中心波长、SMSR和光谱宽度；

S22、给TEC接电，调节TEC电流，使得热敏电阻的电阻值R22与步骤 S12中的电阻值R12相同(由于热敏电阻的电阻值与温度呈线性关系，电阻值相同，则认定待测试TOSA的温度也相同，电阻的可接受误差为±10Ω)，计算机的自动测试软件显示并记录此时调节单元和测试单元输出的数据，所述数据包括光谱测试装置输出的光谱中心波长、SMSR和光谱宽度，功率测试装置输出的光功率值P_低温，TEC电流源输出的TEC电流值；

S3、高温(温度大于50℃，例如是70℃)环境测试：其包括以下步骤：

S31、控制夹具内的环境温度为高温(通过进气通道像密封腔输入高温气体)，TEC处于不工作状态，给激光二极管通电，计算机的自动测试软件显示并记录此时的光谱中心波长、SMSR和光谱宽度；

S32、给TEC接电，调节TEC电流，使得热敏电阻的电阻值R32与步骤 S12中的电阻值R12相同(由于热敏电阻的电阻值与温度呈线性关系，电阻值相同，则认定待测试TOSA的温度也相同)，计算机的自动测试软件显示并记录此时调节单元和测试单元输出的数据，所述数据包括光谱测试装置输出的光谱中心波长、SMSR和光谱宽度，功率测试装置输出的光功率值P_高温，TEC 电流源输出的TEC电流值；

可以理解的是，步骤S2和步骤S3的实施顺序并不唯一，可以是步骤S2 在前，步骤S3在后；也可以是步骤S2在后，步骤S3在前。

S4、结果判定：计算机的自动测试软件计算出高温状态与常温状态的光功率差△P₁和波长误差(低温波长与预设波长的差值)，高温状态与常温状态的△P₂和波长误差(高温波长与预设波长的差值)，供用户筛选出合格或满足客户要求的TOSA。

其中所述△P₁和△P₂的计算公式为：

△P₁＝10^*log[P_常温/P_高温] (1)

△P₂＝10^*log[P_常温/P_低温] (2)

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种TOSA的自动测试系统，用于测试内置有TEC和热敏电阻的TOSA,其特征在于，包括：

夹具，具有密封腔，所述密封腔用于容置待测试TOSA并为所述待测试TOSA提供不同的外部温度环境；

调节单元，通过连接线连接所述电气连接插口，用于向所述待测试TOSA提供驱动电流以及测试/采集所述待测试TOSA的电流和/或电阻参数；以及

2.如权利要求1所述的TOSA的自动测试系统，其特征在于：所述测试板组件包含底板和PCB板，所述PCB板垂直插设在所述底板上，所述PCB板与所述待测试TOSA连接，所述底板上设有所述电气连接插口。

3.如权利要求1所述的TOSA的自动测试系统，其特征在于：所述底板设置在所述密封腔的底部，所述待测试TOSA与所述底板平行设置。

4.如权利要求1所述的TOSA的自动测试系统，其特征在于：所述密封腔具有进气通道，所述进气通道用于向所述密封腔内输入不同温度的气体。

5.如权利要求4所述的TOSA的自动测试系统，其特征在于：所述密封腔的进气通道的出口位于所述待测试TOSA的正上方。

6.如权利要求1所述的TOSA的自动测试系统，其特征在于：所述夹具的密封腔相对的两侧壁上分别设有光纤连接孔和电气连接孔，所述光纤连接孔用于使连接所述待测试TOSA和所述测试单元的光纤穿过，所述电气连接孔供所述连接线穿过，所述光纤连接孔和电气连接孔处均设有密封件以使所述密封腔保持密封。

7.一种TOSA的自动测试方法，该方法基于如权利要求1-6任一项所述的TOSA的自动测试系统，其特征在于，包括以下步骤：

低温环境测试：控制夹具内的环境温度为低温，TEC处于不工作状态，调节单元为待测试TOSA通电，待测试TOSA发射激光，计算机单元监控并记录此时的光谱中心波长、SMSR和光谱宽度；调节单元为TEC通电，计算机控制调节TEC电流，使热敏电阻的电阻值与常温环境测试步骤中的电阻值相同，计算机单元监控并记录测试单元输出的光谱中心波长、SMSR、光谱宽度和光功率值以及调节单元输出的TEC电流值；

高温环境测试：控制夹具内的环境温度为高温，TEC处于不工作状态，调节单元为待测试TOSA通电，待测试TOSA发射激光，计算机单元监控并记录此时的光谱中心波长、SMSR和光谱宽度；调节单元为TEC通电，计算机控制调节TEC电流，使热敏电阻的电阻值与常温环境测试步骤中的电阻值相同，计算机单元监控并记录测试单元输出的光谱中心波长、光功率值以及调节单元输出的TEC电流值；

8.根据权利要求7所述的TOSA的自动测试方法，其特征在于：所述常温环境测试步骤中，波长的预设值为1567.95nm。

9.根据权利要求7所述的TOSA的自动测试方法，其特征在于：所述高温为大于50℃的温度。

10.根据权利要求7所述的一种TOSA的自动测试方法，其特征在于：所述低温为小于7℃的温度。