CN113866179B - 一种半导体激光器芯片的缺陷检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体激光器芯片的缺陷检测系统及检测方法。所述半导体激光器芯片的缺陷检测系统包括：半导体激光器芯片；成像透镜模块；图像获取模块，所述半导体激光器芯片输出的光束适于经过所述成像透镜模块后被所述图像获取模块接收并生成原光斑图像；转换单元，所述转换单元适于将所述原光斑图像转化为对数图像；分析模块，所述分析模块适于根据所述原光斑图像和所述对数图像的图形特征判断所述半导体激光器芯片中缺陷的位置和大小。使用本半导体激光器芯片的缺陷检测系统，可以容易的检测出半导体激光器芯片有源区中的光波长量级和亚光波长量级颗粒污染，同时缩短了检测时间，降低了使用成本。

Description

一种半导体激光器芯片的缺陷检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及半导体器件的自动检测领域，具体涉及一种半导体激光器芯片的缺陷检测系统及检测方法。

背景技术

半导体激光器具有电光转换效率高、结构紧凑、成本低和寿命长等优点，广泛应用于工业、科研、医学和国防等领域。常见的半导体激光器芯片由半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔。主流的高性能大功率半导体激光器芯片基于量子阱设计，在谐振腔内存在量子阱结构，量子阱层上下还包含波导层结构，用于限制光的传播。量子阱层和波导层共同构成有源区，整个有源区的厚度约为0.1μm~0.3μm。制作有源区需要使用超薄层的薄膜生长技术，如分子外延术（MBE）、金属有机化合物化学气相淀积（MOCVD）等。由于生长有源区的环境中存在微小颗粒，这些颗粒在外延生长过程中会附着在有源区上造成污染，导致外延缺陷，降低芯片的可靠性。具有外延缺陷的半导体激光器芯片无法通过老化手段进行挑选，但是在使用过程中将发生突然失效，失效的时间从上百至上千小时不等。

由于有源区是层状结构，颗粒污染夹杂在不同层之间，已经被遮挡，无法通过显微镜直接检测。传统的分析方法是对芯片进行层层打磨后暴露出每一层，在显微镜下观察是否存在颗粒污染，费时费力，并且仅能观察微米级别颗粒污染，对于亚微米级别颗粒污染无法观察。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有半导体激光器芯片的有源区生长过程中，对颗粒污染的检测工序复杂、难度大、耗费时间的缺陷，进而提供一种半导体激光器芯片的缺陷检测系统及检测方法。

本发明提供一种半导体激光器芯片的缺陷检测系统，包括：半导体激光器芯片；成像透镜模块；图像获取模块，所述半导体激光器芯片输出的光束适于经过所述成像透镜模块后被所述图像获取模块接收并生成原光斑图像；转换单元，所述转换单元适于将所述原光斑图像转化为对数图像；分析模块，所述分析模块适于根据所述原光斑图像和所述对数图像的图形特征判断所述半导体激光器芯片中缺陷的位置和大小。

可选的，所述对数图像为将所述原光斑图像各像素点的灰度值取对数得到的图像。

可选的，所述分析模块适于根据所述原光斑图像中光斑的缺失情况、所述对数图像中光斑拖尾的存在情况、以及当所述对数图像中光斑拖尾存在时所述光斑拖尾的连续情况，判断所述半导体激光器芯片中缺陷的位置和大小。

可选的，所述成像透镜模块包括准直透镜和聚焦透镜，所述准直透镜和聚焦透镜位于半导体激光器芯片和图像获取模块之间，所述聚焦透镜位于所述准直透镜背向所述半导体激光器芯片的一侧。

可选的，所述准直透镜与所述聚焦透镜具有相同中心轴。

可选的，所述图像获取模块包括电荷耦合元件图像传感器。

本发明还提供一种半导体激光器芯片的缺陷检测系统的检测方法，包括：激发所述半导体激光器芯片输出光束；所述光束经过所述成像透镜模块后被所述图像获取模块接收并生成原光斑图像；将所述原光斑图像转化为对数图像；根据所述原光斑图像和所述对数图像的图形特征判断所述半导体激光器芯片中缺陷的位置和大小。

可选的，根据所述原光斑图像和所述对数图像的图形特征判断所述半导体激光器芯片中缺陷的位置和大小的过程包括：根据所述原光斑图像中光斑的缺失情况、所述对数图像中光斑拖尾的存在情况、以及当所述对数图像中光斑拖尾存在时所述光斑拖尾的连续情况，判断所述半导体激光器芯片中缺陷的位置和大小。

可选的，当所述原光斑图像中光斑不存在缺失，所述对数图像中光斑存在拖尾，所述对数图像中光斑拖尾不连续，则半导体激光器芯片中不存在颗粒污染。

可选的，当所述原光斑图像中光斑存在缺失，所述对数图像中光斑不存在拖尾，则半导体激光器芯片的量子阱层中存在亚光波长量级颗粒污染。

可选的，当所述原光斑图像中光斑不存在缺失，所述对数图像中光斑存在拖尾，所述对数图像中光斑拖尾连续，则半导体激光器芯片的波导层中存在亚光波长量级颗粒污染。

可选的，当所述原光斑图像中光斑存在缺失，所述对数图像中光斑存在拖尾，所述对数图像中光斑拖尾连续，则半导体激光器芯片的量子阱层或波导层中存在光波长量级颗粒污染。

可选的，当所述原光斑图像中光斑不存在缺失，所述对数图像中光斑不存在拖尾，则半导体激光器芯片中不存在颗粒污染。

可选的，当所述原光斑图像中光斑存在缺失，所述对数图像中光斑存在拖尾，所述对数图像中光斑拖尾不连续，则半导体激光器芯片的量子阱层中存在亚光波长量级颗粒污染。

可选的，所述光波长量级为大于或等于所述半导体激光器芯片的输出激光波长且小于所述半导体激光器芯片的输出激光波长的50倍。

可选的，所述亚光波长量级为大于或等于所述半导体激光器芯片的输出波长的十分之一且小于所述半导体激光器芯片的输出激光波长。

可选的，所述原光斑图像中光斑的缺失情况的判断方法包括：根据所述原光斑图像每列像素点的总光强与每列像素点在行方向上的坐标之间的映射得到第一曲线；对所述第一曲线的纵坐标进行归一化处理得到第二曲线；采用第一阈值对所述第二曲线进行二值化处理得到第三曲线；获取所述第三曲线的纵坐标数值由1变成0的边沿个数n，n为自然数；当n大于1时，则判断所述原光斑图像中存在光斑缺失；当n小于或等于1时，则判断所述原光斑图像中不存在光斑缺失；所述第一阈值为0.1~0.4。

可选的，所述对数图像中光斑拖尾的存在情况的判断方法包括：根据所述对数图像每行像素点的总光强与每行像素点在列方向上的坐标之间的映射得到第四曲线；对所述第四曲线的纵坐标进行归一化处理得到第五曲线；采用第二阈值对所述第五曲线进行二值化处理，得到第六曲线；采用第三阈值对所述第五曲线进行二值化处理，得到第七曲线，第二阈值大于第三阈值；获取所述第六曲线的纵坐标数值为1的点的个数作为第一个数，获取所述第七曲线的纵坐标为1的点的个数作为第二个数；当第二个数大于第一个数与阈值倍数的乘积时，则判断所述对数图像中光斑存在拖尾；当第二个数小于或等于第一个数与阈值倍数的乘积时，则判断所述对数图像中光斑不存在拖尾；所述第二阈值为0.2~0.4，所述第三阈值为0.02~0.04，所述阈值倍数为1.5~1.9。

可选的，所述对数图像中所述光斑拖尾的连续情况的判断方法包括：根据所述对数图像每行像素点的总光强与每行像素点在列方向上的坐标之间的映射得到第四曲线；对所述第四曲线的纵坐标进行归一化处理得到第五曲线；采用第四阈值对所述第五曲线进行二值化处理得到第八曲线；获取所述第八曲线的纵坐标数值由1变成0的边沿个数p，p为自然数；当p大于1时，则判断所述对数图像中光斑拖尾不连续；当p小于或等于1时，则判断所述对数图像中光斑拖尾不连续；所述第四阈值为0.003~0.006。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明的半导体激光器芯片的缺陷检测系统，包括：半导体激光器芯片；成像透镜模块；图像获取模块，所述半导体激光器芯片输出的光束经过所述成像透镜模块后，被所述图像获取模块接收并生成原光斑图像；转换单元，所述转换单元适于将所述原光斑图像转化为对数图像；分析模块，所述分析模块适于根据所述原光斑图像和所述对数图像的图形特征判断所述半导体激光器芯片中缺陷的位置和大小。本发明的半导体激光器芯片的缺陷检测系统的检测方法，包括：激发所述半导体激光器芯片输出光束；所述输出光束经过所述成像透镜模块后，被所述图像获取模块接收并生成原光斑图像；将所述原光斑图像转化为对数图像；根据所述原光斑图像和所述对数图像的图形特征判断所述半导体激光器芯片中缺陷的位置和大小。通过使用本半导体激光器芯片的缺陷检测系统及检测方法，无需层层打磨半导体激光器芯片即可检测半导体激光器芯片有源区中的光波长量级和亚光波长颗粒污染，因此省时省力；此外，使用本发明的半导体激光器芯片的缺陷检测系统及检测方法无需将芯片进行封装后再检测，减少了检测前的流程，缩短了检测时间，降低了使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明半导体激光器芯片的缺陷检测系统的结构示意图；

图2为半导体激光器芯片的结构示意图；

图3为本发明半导体激光器芯片的缺陷检测系统的检测方法的流程示意图；

图4为原光斑图像中光斑的缺失情况的判断流程示意图；

图5为对数图像中光斑拖尾的存在情况的判断流程示意图；

图6为对数图像中光斑拖尾的连续情况的判断流程示意图；

图7为数值孔径为0.5的准直透镜对半导体激光器芯片输出光束进行准直，再聚焦到电荷耦合元件图像传感器上的光斑向水平方向投影曲线模拟图；

图8为图7矩形框区域内曲线的放大图；

图9为数值孔径为0.8的准直透镜对半导体激光器芯片输出光束进行准直，再聚焦到电荷耦合元件图像传感器上的光斑向水平方向投影曲线模拟图；

图10为图9矩形框区域内曲线的放大图；

图11为衍射与高阶像差混合时光斑向水平方向投影曲线实际测量图；

图12为一个实施例的原光斑图像；

图13为图12的原光斑图像对应的对数图像；

图14为图12的原光斑图像中每列像素点的总光强与每列像素点在行方向上的坐标之间的映射得到的第一曲线；

图15为对图14的第一曲线依次进行归一化、二值化处理后得到的第三曲线；

图16为图13的对数图像中每行像素点的总光强与每行像素点在列方向上的坐标之间的映射得到的第四曲线；

图17为对图16的第四曲线依次分别进行两次归一化、二值化处理后得到的第六曲线和第七曲线；

图18为对图16的第四曲线依次进行归一化、二值化处理后得到的第八曲线；

图19为一个实施例的原光斑图像；

图20为图19的原光斑图像对应的对数图像；

图21为图19的原光斑图像中每列像素点的总光强与每列像素点在行方向上的坐标之间的映射得到的第一曲线；

图22为对图21的第一曲线依次进行归一化、二值化处理后得到的第三曲线；

图23为图20的对数图像中每行像素点的总光强与每行像素点在列方向上的坐标之间的映射得到的第四曲线；

图24为对图23的第四曲线依次分别进行两次归一化、二值化处理后得到的第六曲线和第七曲线；

图25为一个实施例的原光斑图像；

图26为图25的原光斑图像对应的对数图像；

图27为图25的原光斑图像中每列像素点的总光强与每列像素点在行方向上的坐标之间的映射得到的第一曲线；

图28为对图27的第一曲线依次进行归一化、二值化处理后得到的第三曲线；

图29为图26的对数图像中每行像素点的总光强与每行像素点在列方向上的坐标之间的映射得到的第四曲线；

图30为对图29的第四曲线依次分别进行两次归一化、二值化处理后得到的第六曲线和第七曲线；

图31为对图29的第四曲线依次进行归一化、二值化处理后得到的第八曲线；

图32为一个实施例的原光斑图像；

图33为图32的原光斑图像对应的对数图像；

图34为图32的原光斑图像中每列像素点的总光强与每列像素点在行方向上的坐标之间的映射得到的第一曲线；

图35为对图34的第一曲线依次进行归一化、二值化处理后得到的第三曲线；

图36为图33的对数图像中每行像素点的总光强与每行像素点在列方向上的坐标之间的映射得到的第四曲线；

图37为对图36的第四曲线依次分别进行两次归一化、二值化处理后得到的第六曲线和第七曲线；

图38为对图36的第四曲线依次进行归一化、二值化处理后得到的第八曲线；

图39为一个实施例的原光斑图像；

图40为图39的原光斑图像对应的对数图像；

图41为图39的原光斑图像中每列像素点的总光强与每列像素点在行方向上的坐标之间的映射得到的第一曲线；

图42为对图41的第一曲线依次进行归一化、二值化处理后得到的第三曲线；

图43为图40的对数图像中每行像素点的总光强与每行像素点在列方向上的坐标之间的映射得到的第四曲线；

图44为对图43的第四曲线依次分别进行两次归一化、二值化处理后得到的第六曲线和第七曲线；

图45为一个实施例的原光斑图像；

图46为图45的原光斑图像对应的对数图像；

图47为图45的原光斑图像中每列像素点的总光强与每列像素点在行方向上的坐标之间的映射得到的第一曲线；

图48为对图47的第一曲线依次进行归一化、二值化处理后得到的第三曲线；

图49为图46的对数图像中每行像素点的总光强与每行像素点在列方向上的坐标之间的映射得到的第四曲线；

图50为对图49的第四曲线依次分别进行两次归一化、二值化处理后得到的第六曲线和第七曲线；

图51为对图49的第四曲线依次进行归一化、二值化处理后得到的第八曲线。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种半导体激光器芯片的缺陷检测系统，结构示意图如图1所示，包括：半导体激光器芯片1；成像透镜模块2；图像获取模块3，所述半导体激光器芯片1输出的光束适于经过所述成像透镜模块2后被所述图像获取模块3接收并生成原光斑图像；转换单元，所述转换单元适于将所述原光斑图像转化为对数图像；分析模块，所述分析模块适于根据所述原光斑图像和所述对数图像的图形特征判断所述半导体激光器芯片1中缺陷的位置和大小。

在一个实施例中，半导体激光器芯片1的结构示意图如图2所示，包括：半导体衬底层101；位于半导体衬底层上的第一限制层102；位于第一限制层102背向半导体衬底层101一侧的第一波导层1031；位于第一波导层1031背向半导体衬底层101一侧的量子阱层104；位于量子阱层104背向半导体衬底层101一侧的第二波导层1032；位于第二波导层1032背向半导体衬底层101一侧的第二限制层105。

第一波导层1031和第二波导层1032构成波导层103。有源区包含波导层103和量子阱层104。

本实施例中，所述对数图像为将所述原光斑图像各像素点的灰度值取对数得到的图像。

本实施例中，所述分析模块适于根据所述原光斑图像中光斑的缺失情况、所述对数图像中光斑拖尾的存在情况、以及当所述对数图像中光斑拖尾存在时所述光斑拖尾的连续情况，判断所述半导体激光器芯片1中缺陷的位置和大小。实现了无需层层打磨芯片即可检测半导体激光器芯片1有源区中的颗粒污染。

本实施例中，所述成像透镜模块2包括准直透镜21和聚焦透镜22，所述准直透镜21和聚焦透镜22位于半导体激光器芯片1和图像获取模块3之间，所述聚焦透镜22位于所述准直透镜21背向所述半导体激光器芯片1的一侧。

本实施例中，所述准直透镜21与所述聚焦透镜22具有相同中心轴，相同中心轴可以获得最佳的准直、聚焦效果。

本实施例中，所述图像获取模块3包括电荷耦合元件图像传感器，电荷耦合元件图像传感器的灵敏度高，噪声小，响应速度快，图像畸变小，适于对光斑进行分析。

实施例2

本实施例提供一种半导体激光器芯片的缺陷检测系统（如实施例1）的检测方法，包括：

S1：激发所述半导体激光器芯片1输出光束；

S2：所述光束经过所述成像透镜模块2后被所述图像获取模块3接收并生成原光斑图像；

S3：将所述原光斑图像转化为对数图像；

S4：根据所述原光斑图像和所述对数图像的图形特征判断所述半导体激光器芯片1中缺陷的位置和大小。

本实施例中，根据所述原光斑图像和所述对数图像的图形特征判断所述半导体激光器芯片1中缺陷的位置和大小的过程包括：根据所述原光斑图像中光斑的缺失情况、所述对数图像中光斑拖尾的存在情况、以及当所述对数图像中光斑拖尾存在时所述光斑拖尾的连续情况，判断所述半导体激光器芯片1中缺陷的位置和大小。

本实施例中，当所述原光斑图像中光斑不存在缺失，所述对数图像中光斑存在拖尾，所述对数图像中光斑拖尾不连续时，则半导体激光器芯片1中不存在颗粒污染；当所述原光斑图像中光斑存在缺失，所述对数图像中光斑不存在拖尾，则半导体激光器芯片1的量子阱层中存在亚光波长量级颗粒污染；当所述原光斑图像中光斑不存在缺失，所述对数图像中光斑存在拖尾，所述对数图像中光斑拖尾连续，则半导体激光器芯片1的波导层中存在亚光波长量级颗粒污染；当所述原光斑图像中光斑存在缺失，所述对数图像中光斑存在拖尾，所述对数图像中光斑拖尾连续，则半导体激光器芯片1的量子阱层或波导层中存在光波长量级颗粒污染；当所述原光斑图像中光斑不存在缺失，所述对数图像中光斑不存在拖尾，则半导体激光器芯片1中不存在颗粒污染；当所述原光斑图像中光斑存在缺失，所述对数图像中光斑存在拖尾，所述对数图像中光斑拖尾不连续，则半导体激光器芯片1的量子阱层中存在亚光波长量级颗粒污染。

本实施例中，所述光波长量级为大于或等于所述半导体激光器芯片1的输出激光波长且小于所述半导体激光器芯片1的输出激光波长的50倍；所述亚光波长量级为大于或等于所述半导体激光器芯片1的输出波长的十分之一且小于所述半导体激光器芯片1的输出激光波长。

本实施例中，将所述原光斑图像中光斑的缺失情况记为事件a，将所述对数图像中光斑拖尾的存在情况记为事件b，将所述对数图像中光斑拖尾的连续情况记为事件c。若原光斑图像中光斑存在缺失，标记事件a=true，若原光斑图像中光斑不存在缺失，标记事件a=false；若对数图像中光斑存在拖尾，标记事件b=true，若对数图像中光斑不存在拖尾，标记事件b=false；若对数图像中光斑拖尾连续，标记事件c=true，若对数图像中光斑拖尾不连续，标记事件c=false。当a=false，b=true，c=false时，判断半导体激光器芯片1中不存在颗粒污染；当a=true，b=false，c=false时，判断半导体激光器芯片1的量子阱层中存在亚光波长量级颗粒污染；当a=false，b=true，c=true时，判断半导体激光器芯片1的波导层中存在亚光波长量级颗粒污染；当a=true，b=true，c=true时，判断半导体激光器芯片1的量子阱层或波导层中存在光波长量级颗粒污染；当a=false，b=false，c=false时，判断半导体激光器芯片1中不存在颗粒污染；当a=true，b=true，c=false时，判断半导体激光器芯片1的量子阱层中存在亚光波长量级颗粒污染。本实施例提供的半导体激光器芯片的缺陷检测系统的检测方法流程如图3所示。采用事件标记的方法可以便于机器进行自动处理。

在一个实施例中，所述原光斑图像中光斑的缺失情况的判断流程如图4所示，包括：根据所述原光斑图像每列像素点的总光强与每列像素点在行方向上的坐标之间的映射得到第一曲线；对所述第一曲线的纵坐标进行归一化处理得到第二曲线，第二曲线的纵坐标表示相对光强；采用第一阈值对所述第二曲线进行二值化处理得到第三曲线，第三曲线的纵坐标表示相对光强，当第二曲线中相对光强大于或等于第一阈值时，第三曲线中的相对光强取值为1，当第二曲线中相对光强小于第一阈值时，第三曲线中的相对光强取值为0；获取所述第三曲线的纵坐标数值由1变成0的边沿个数n，n为自然数；当n大于1时，则判断所述原光斑图像中存在光斑缺失；当n小于或等于1时，则判断所述原光斑图像中不存在光斑缺失；所述第一阈值为0.1~0.4。

在一个具体实施例中，所述第一阈值为0.15。

在一个实施例中，所述对数图像中光斑拖尾的存在情况判断流程如图5所示，包括：根据所述对数图像每行像素点的总光强与每行像素点在列方向上的坐标之间的映射得到第四曲线；对所述第四曲线的纵坐标进行归一化处理得到第五曲线，第五曲线的纵坐标表示相对光强；采用第二阈值对所述第五曲线进行二值化处理，得到第六曲线，第六曲线的纵坐标表示相对光强，当第五曲线中相对光强大于或等于第二阈值时，第六曲线中的相对光强取值为1，当第五曲线中相对光强小于第二阈值时，第六曲线中的相对光强取值为0；采用第三阈值对所述第五曲线进行二值化处理，得到第七曲线，第七曲线的纵坐标表示相对光强，当第五曲线中相对光强大于或等于第三阈值时，第七曲线中的相对光强取值为1，当第五曲线中相对光强小于第三阈值时，第七曲线中的相对光强取值为0；应满足第二阈值大于第三阈值；获取所述第六曲线的纵坐标数值为1的点的个数作为第一个数，获取所述第七曲线的纵坐标为1的点的个数作为第二个数；当第二个数大于第一个数与阈值倍数的乘积时，则判断所述对数图像中光斑存在拖尾；当第二个数小于或等于第一个数与阈值倍数的乘积时，则判断所述对数图像中光斑不存在拖尾；所述第二阈值为0.2~0.4，所述第三阈值为0.02~0.04，所述阈值倍数为1.5~1.9。

在一个具体实施例中，所述第二阈值为0.3，所述第三阈值为0.03，所述阈值倍数为1.8。

在一个实施例中，所述对数图像中光斑拖尾的连续情况判断流程如图6所示，包括：根据所述对数图像每行像素点的总光强与每行像素点在列方向上的坐标之间的映射得到第四曲线；对所述第四曲线的纵坐标进行归一化处理得到第五曲线，第五曲线的纵坐标表示相对光强；采用第四阈值对所述第五曲线进行二值化处理得到第八曲线，第八曲线的纵坐标表示相对光强，当第五曲线中相对光强大于或等于第四阈值时，第八曲线中的光强取值为1，当第五曲线中相对光强小于第四阈值时，第八曲线中的相对光强取值为0；获取所述第八曲线的纵坐标数值由1变成0的边沿个数p，p为自然数；当p大于1时，则判断所述对数图像中光斑拖尾不连续；当p小于或等于1时，则判断所述对数图像中光斑拖尾不连续；所述第四阈值为0.003~0.006。

在一个具体实施例中，所述第四阈值为0.005。

光斑拖尾产生的原因之一在于半导体激光器芯片1输出的光束的光斑发散角大于准直透镜的接收孔径，即透镜不足以覆盖全部光斑，引起衍射和衍射与高阶像差混合。衍射产生后在主光斑两侧形成次极大主峰，如图7所示，图中横坐标为与光斑中心的距离，纵坐标为光强度。对图7中矩形框区域内曲线进行放大得到图8，图中横坐标为与光斑中心的距离，纵坐标为光强度，图8中展示了两个次极大主峰。当准直透镜的接收孔径增大，则次极大主峰消失，如图9所示，图中横坐标为与光斑中心的距离，纵坐标为光强度。对图9中矩形框区域内曲线进行放大得到图10，图中横坐标为与光斑中心的距离，纵坐标为光强度，图10中未出现次极大主峰。当准直透镜接收孔径比较极限，准直透镜旋转后造成接收孔径进一步降低，则不但引起衍射，还产生了高阶像差，最终的结果就是衍射和高阶像差混合，形成一串波峰和波谷，如图11所示，图中横坐标为与光斑中心的距离，纵坐标为归一化的光强度。以上是准直透镜的接收孔径不足导致的拖尾，且这种现象发生时透镜的接收孔径和光束发散角相差不大。但是，当半导体激光器芯片1的波导层存在颗粒污染时，如果颗粒尺寸与激光器芯片1的光波长相当，则发生米氏散射，发生米氏散射时，散射点附近的光束发散角远大于其他位置的发散角，导致光斑拖尾成为一条连续的曲线；当半导体激光器芯片1的量子阱层中存在与激光器芯片1的光波长相当的颗粒污染，则出光区域存在外延缺陷，光斑存在缺失；当量子阱层或波导层中存在光波长量级颗粒时，这个颗粒还会延伸到其他区域，被覆盖的主区域不发光，但是其他区域的光部分被遮挡，仍会出光，并且光会有散射，导致光斑拖尾形成一条连续的曲线。

在一个实施例中，激发所述半导体激光器芯片1输出的光束经成像透镜模块2准直、聚焦后，由所述图像获取模块3接收并生成的原光斑图像如图12所示；将所述原光斑图像转化为对数图像，如图13所示，图中虚线框区域即为存在光斑拖尾。进一步，根据图4所示方法对原光斑图像进行数值化处理和分析，根据图5和图6所示方法对对数图像进行数值化处理和分析。令原光斑图像中最左上角像素点坐标为（0,0），令原光斑图像中向右为像素点横坐标增大的方向，则原光斑图像中每列像素点的总光强与每列像素点在行方向上的坐标之间的映射得到的第一曲线如图14所示，图14中横坐标为原光斑图像中每列像素点在行方向上的坐标，图14中纵坐标为原光斑图像中每列像素点的总光强。对图14中的第一曲线依次归一化、二值化（第一阈值为0.15）处理后得到的第三曲线如图15所示，可以看出纵坐标数值由1变为0的边沿数目等于1，因此对数图像中不存在光斑缺失，标记事件a=false。令对数图像中最左上角像素点坐标为（0,0），令对数图像中向下为像素点纵坐标增大的方向，则对数图像中每行像素点的总光强与每行像素点在列方向上的坐标之间的映射得到的第四曲线如图16所示，图16中横坐标为对数图像中每行像素点在列方向上的坐标，图16中纵坐标为对数图像中每行像素点的总光强。对图16中的第四曲线依次归一化、二值化（第二阈值为0.3，第三阈值为0.03）处理后如图17所示，图17中较细的曲线是第二阈值为0.3的曲线，纵坐标数值为1的个数是291，图17中较粗的曲线是第三阈值为0.03的曲线，纵坐标数值为1的个数是524。由于524>291×1.8，因此光斑存在拖尾，标记事件b=true。再次对图16中的第四曲线依次归一化、二值化（第四阈值为0.005）处理后如图18所示，可以看出纵坐标数值由1变为0的边沿数目大于1，因此光斑拖尾不连续，标记事件c=false。根据图3可知，当a=false，b=true，c=false时，判断半导体激光器芯片1中不存在颗粒污染。

在另一个实施例中，激发所述半导体激光器芯片1输出的光束经成像透镜模块2准直、聚焦后，由所述图像获取模块3接收并生成的原光斑图像如图19所示；将所述原光斑图像转化为对数图像，如图20所示。进一步，根据图4所示方法对原光斑图像进行数值化处理和分析，根据图5和图6所示方法对对数图像进行数值化处理和分析。令原光斑图像中最左上角像素点坐标为（0,0），令原光斑图像中向右为像素点横坐标增大的方向，则原光斑图像中每列像素点的总光强与每列像素点在行方向上的坐标之间的映射得到的第一曲线如图21所示，图21中横坐标为原光斑图像中每列像素点在行方向上的坐标，图21中纵坐标为原光斑图像中每列像素点的总光强。对图21中的第一曲线依次归一化、二值化（第一阈值为0.15）处理后得到的第三曲线如图22所示，可以看出纵坐标数值由1变为0的边沿数目等于2，因此对数图像中存在光斑缺失，标记事件a=true。令对数图像中最左上角像素点坐标为（0,0），令对数图像中向下为像素点纵坐标增大的方向，则对数图像中每行像素点的总光强与每行像素点在列方向上的坐标之间的映射得到的第四曲线如图23所示，图23中横坐标为对数图像中每行像素点在列方向上的坐标，图23中纵坐标为对数图像中每行像素点的总光强。对图23中的第四曲线依次归一化、二值化（第二阈值为0.3，第三阈值为0.03）处理后如图24所示，图24中较细的曲线是第二阈值为0.3的曲线，纵坐标数值为1的个数是278，图24中较粗的曲线是第三阈值为0.03的曲线，纵坐标数值为1的个数是498。由于498<278×1.8，因此光斑不存在拖尾，标记事件b=false，标记事件c=false。根据图3可知，当a=true，b=false，c=false时，判断半导体激光器芯片1的量子阱层中存在亚光波长量级颗粒污染。

在另一个实施例中，激发所述半导体激光器芯片1输出的光束经成像透镜模块2准直、聚焦后，由所述图像获取模块3接收并生成的原光斑图像如图25所示；将所述原光斑图像转化为对数图像，如图26所示。进一步，根据图4所示方法对原光斑图像进行数值化处理和分析，根据图5和图6所示方法对对数图像进行数值化处理和分析。令原光斑图像中最左上角像素点坐标为（0,0），令原光斑图像中向右为像素点横坐标增大的方向，则原光斑图像中每列像素点的总光强与每列像素点在行方向上的坐标之间的映射得到的第一曲线如图27所示，图27中横坐标为原光斑图像中每列像素点在行方向上的坐标，图27中纵坐标为原光斑图像中每列像素点的总光强。对图27中的第一曲线依次归一化、二值化（第一阈值为0.15）处理后得到的第三曲线如图28所示，可以看出纵坐标数值由1变为0的边沿数目等于1，因此对数图像中不存在光斑缺失，标记事件a=false。令对数图像中最左上角像素点坐标为（0,0），令对数图像中向下为像素点纵坐标增大的方向，则对数图像中每行像素点的总光强与每行像素点在列方向上的坐标之间的映射得到的第四曲线如图29所示，图29中横坐标为对数图像中每行像素点在列方向上的坐标，图29中纵坐标为对数图像中每行像素点的总光强。对图29中的第四曲线依次归一化、二值化（第二阈值为0.3，第三阈值为0.03）处理后如图30所示，图30中较细的曲线是第二阈值为0.3的曲线，纵坐标数值为1的个数是272；图30中较粗的曲线是第三阈值为0.03的曲线，纵坐标数值为1的个数是758。由于758>272×1.8，因此光斑存在拖尾，标记事件b=true。再次对图29中的第四曲线依次归一化、二值化（第四阈值为0.005）处理后如图31所示，可以看出纵坐标数值由1变为0的边沿数目等于1，因此光斑拖尾连续，标记事件c=true。根据图3可知，当a=false，b=true，c=true时，判断半导体激光器芯片1的波导层中存在亚光波长量级颗粒污染。

在另一个实施例中，激发所述半导体激光器芯片1输出的光束经成像透镜模块2准直、聚焦后，由所述图像获取模块3接收并生成的原光斑图像如图32所示；将所述原光斑图像转化为对数图像，如图33所示。进一步，根据图4所示方法对原光斑图像进行数值化处理和分析，根据图5和图6所示方法对对数图像进行数值化处理和分析。令原光斑图像中最左上角像素点坐标为（0,0），令原光斑图像中向右为像素点横坐标增大的方向，则原光斑图像中每列像素点的总光强与每列像素点在行方向上的坐标之间的映射得到的第一曲线如图34所示，图34中横坐标为原光斑图像中每列像素点在行方向上的坐标，图34中纵坐标为原光斑图像中每列像素点的总光强。对图34中的第一曲线依次归一化、二值化（第一阈值为0.15）处理后得到的第三曲线如图35所示，可以看出纵坐标数值由1变为0的边沿数目等于2，因此对数图像中存在光斑缺失，标记事件a=true。令对数图像中最左上角像素点坐标为（0,0），令对数图像中向下为像素点纵坐标增大的方向，则对数图像中每行像素点的总光强与每行像素点在列方向上的坐标之间的映射得到的第四曲线如图36所示，图36中横坐标为对数图像中每行像素点在列方向上的坐标，图36中纵坐标为对数图像中每行像素点的总光强。对图36中的第四曲线依次归一化、二值化（第二阈值为0.3，第三阈值为0.03）处理后如图37所示，图37中较细的曲线是第二阈值为0.3的曲线，纵坐标数值为1的个数是382；图37中较粗的曲线是第三阈值为0.03的曲线，纵坐标数值为1的个数是959。由于959>382×1.8，因此光斑存在拖尾，标记事件b=true。再次对图36中的第四曲线依次归一化、二值化（第四阈值为0.005）处理后如图38所示，可以看出纵坐标数值由1变为0的边沿数目等于0，因此光斑拖尾连续，标记事件c=true。根据图3可知，当a=true，b=true，c=true时，判断半导体激光器芯片1的量子阱层或波导层中存在光波长量级颗粒污染。

在另一个实施例中，激发所述半导体激光器芯片1输出的光束经成像透镜模块2准直、聚焦后，由所述图像获取模块3接收并生成的原光斑图像如图39所示；将所述原光斑图像转化为对数图像，如图40所示。进一步，根据图4所示方法对原光斑图像进行数值化处理和分析，根据图5和图6所示方法对对数图像进行数值化处理和分析。令原光斑图像中最左上角像素点坐标为（0,0），令原光斑图像中向右为像素点横坐标增大的方向，则原光斑图像中每列像素点的总光强与每列像素点在行方向上的坐标之间的映射得到的第一曲线如图41所示，图41中横坐标为原光斑图像中每列像素点在行方向上的坐标，图41中纵坐标为原光斑图像中每列像素点的总光强。对图41中的第一曲线依次归一化、二值化（第一阈值为0.15）处理后得到的第三曲线如图42所示，可以看出纵坐标数值由1变为0的边沿数目等于1，因此对数图像中不存在光斑缺失，标记事件a=false。令对数图像中最左上角像素点坐标为（0,0），令对数图像中向下为像素点纵坐标增大的方向，则对数图像中每行像素点的总光强与每行像素点在列方向上的坐标之间的映射得到的第四曲线如图43所示，图43中横坐标为对数图像中每行像素点在列方向上的坐标，图43中纵坐标为对数图像中每行像素点的总光强。对图43中的第四曲线依次归一化、二值化（第二阈值为0.3，第三阈值为0.03）处理后如图44所示，图44中较细的曲线是第二阈值为0.3的曲线，纵坐标数值为1的个数是255；图44中较粗的曲线是第三阈值为0.03的曲线，纵坐标数值为1的个数是311。由于311<255×1.8，因此光斑不存在拖尾，标记事件b=false，标记事件c=false。根据图3可知，当a=false，b=false，c=false时，判断半导体激光器芯片1中不存在颗粒污染。

在另一个实施例中，激发所述半导体激光器芯片1输出的光束经成像透镜模块2准直、聚焦后，由所述图像获取模块3接收并生成的原光斑图像如图45所示；将所述原光斑图像转化为对数图像，如图46所示。进一步，根据图4所示方法对原光斑图像进行数值化处理和分析，根据图5和图6所示方法对对数图像进行数值化处理和分析。令原光斑图像中最左上角像素点坐标为（0,0），令原光斑图像中向右为像素点横坐标增大的方向，则原光斑图像中每列像素点的总光强与每列像素点在行方向上的坐标之间的映射得到的第一曲线如图47所示，图47中横坐标为原光斑图像中每列像素点在行方向上的坐标，图47中纵坐标为原光斑图像中每列像素点的总光强。对图47中的第一曲线依次归一化、二值化（第一阈值为0.15）处理后得到的第三曲线如图48所示，可以看出纵坐标数值由1变为0的边沿数目等于2，因此对数图像中存在光斑缺失，标记事件a=true。令对数图像中最左上角像素点坐标为（0,0），令对数图像中向下为像素点纵坐标增大的方向，则对数图像中每行像素点的总光强与每行像素点在列方向上的坐标之间的映射得到的第四曲线如图49所示，图49中横坐标为对数图像中每行像素点在列方向上的坐标，图49中纵坐标为对数图像中每行像素点的总光强。对图49中的第四曲线依次归一化、二值化（第二阈值为0.3，第三阈值为0.03）处理后如图50所示，图50中较细的曲线是第二阈值为0.3的曲线，纵坐标数值为1的个数是303；图50中较粗的曲线是第三阈值为0.03的曲线，纵坐标数值为1的个数是547。由于547>303×1.8，因此光斑存在拖尾，标记事件b=true。再次对图49中的第四曲线依次归一化、二值化（第四阈值为0.005）处理后如图51所示，可以看出纵坐标数值由1变为0的边沿数目等于2，因此光斑拖尾不连续，标记事件c=false。根据图3可知，当a=true，b=true，c=false时，判断半导体激光器芯片1的量子阱层中存在亚光波长量级颗粒污染。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种半导体激光器芯片的缺陷检测系统，其特征在于，包括：

半导体激光器芯片；

成像透镜模块；

图像获取模块，所述半导体激光器芯片输出的光束适于经过所述成像透镜模块后被所述图像获取模块接收并生成原光斑图像；

转换单元，所述转换单元适于将所述原光斑图像转化为对数图像；

分析模块，所述分析模块适于根据所述原光斑图像中光斑的缺失情况、和所述对数图像中光斑拖尾的存在情况、以及当所述对数图像中光斑拖尾存在时所述光斑拖尾的连续情况判断所述半导体激光器芯片中缺陷的位置和大小；

所述分析模块适于当所述原光斑图像中光斑不存在缺失，所述对数图像中光斑存在拖尾，所述对数图像中光斑拖尾不连续时，判断半导体激光器芯片中不存在颗粒污染；

或者，所述分析模块适于当所述原光斑图像中光斑存在缺失，所述对数图像中光斑不存在拖尾时，判断半导体激光器芯片的量子阱层中存在亚光波长量级颗粒污染；

或者，所述分析模块适于当所述原光斑图像中光斑不存在缺失，所述对数图像中光斑存在拖尾，所述对数图像中光斑拖尾连续时，判断半导体激光器芯片的波导层中存在亚光波长量级颗粒污染；

或者，所述分析模块适于当所述原光斑图像中光斑存在缺失，所述对数图像中光斑存在拖尾，所述对数图像中光斑拖尾连续时，判断半导体激光器芯片的量子阱层或波导层中存在光波长量级颗粒污染；

或者，所述分析模块适于当所述原光斑图像中光斑存在缺失，所述对数图像中光斑存在拖尾，所述对数图像中光斑拖尾不连续时，判断半导体激光器芯片的量子阱层中存在亚光波长量级颗粒污染。

2.如权利要求1所述的半导体激光器芯片的缺陷检测系统，其特征在于，所述对数图像为将所述原光斑图像各像素点的灰度值取对数得到的图像。

3.如权利要求1所述的半导体激光器芯片的缺陷检测系统，其特征在于，所述成像透镜模块包括准直透镜和聚焦透镜，所述准直透镜和聚焦透镜位于半导体激光器芯片和图像获取模块之间，所述聚焦透镜位于所述准直透镜背向所述半导体激光器芯片的一侧。

4.如权利要求3所述的半导体激光器芯片的缺陷检测系统，其特征在于，所述准直透镜与所述聚焦透镜具有相同中心轴。

5.如权利要求1所述的半导体激光器芯片的缺陷检测系统，其特征在于，所述图像获取模块包括电荷耦合元件图像传感器。

6.一种如权利要求1至5任一项所述的半导体激光器芯片的缺陷检测系统的检测方法，其特征在于，包括：

激发所述半导体激光器芯片输出光束；

所述光束经过所述成像透镜模块后被所述图像获取模块接收并生成原光斑图像；

将所述原光斑图像转化为对数图像；

根据所述原光斑图像中光斑的缺失情况、所述对数图像中光斑拖尾的存在情况、以及当所述对数图像中光斑拖尾存在时所述光斑拖尾的连续情况，判断所述半导体激光器芯片中缺陷的位置和大小；

当所述原光斑图像中光斑不存在缺失，所述对数图像中光斑存在拖尾，所述对数图像中光斑拖尾不连续，则半导体激光器芯片中不存在颗粒污染；

当所述原光斑图像中光斑存在缺失，所述对数图像中光斑不存在拖尾，则半导体激光器芯片的量子阱层中存在亚光波长量级颗粒污染；

当所述原光斑图像中光斑不存在缺失，所述对数图像中光斑存在拖尾，所述对数图像中光斑拖尾连续，则半导体激光器芯片的波导层中存在亚光波长量级颗粒污染；

当所述原光斑图像中光斑存在缺失，所述对数图像中光斑存在拖尾，所述对数图像中光斑拖尾连续，则半导体激光器芯片的量子阱层或波导层中存在光波长量级颗粒污染；

当所述原光斑图像中光斑存在缺失，所述对数图像中光斑存在拖尾，所述对数图像中光斑拖尾不连续，则半导体激光器芯片的量子阱层中存在亚光波长量级颗粒污染。

7.如权利要求6所述的半导体激光器芯片的缺陷检测系统的检测方法，其特征在于，所述光波长量级为大于或等于所述半导体激光器的输出激光波长且小于所述半导体激光器的输出激光波长的50倍。

8.如权利要求6所述的半导体激光器芯片的缺陷检测系统的检测方法，其特征在于，所述亚光波长量级为大于或等于所述半导体激光器的输出波长的十分之一且小于所述半导体激光器的输出激光波长。

9.如权利要求6所述的半导体激光器芯片的缺陷检测系统的检测方法，其特征在于，所述原光斑图像中光斑的缺失情况的判断方法包括：根据所述原光斑图像每列像素点的总光强与每列像素点在行方向上的坐标之间的映射得到第一曲线；对所述第一曲线的纵坐标进行归一化处理得到第二曲线；采用第一阈值对所述第二曲线进行二值化处理得到第三曲线；获取所述第三曲线的纵坐标数值由1变成0的边沿个数n，n为自然数；当n大于1时，则判断所述原光斑图像中存在光斑缺失；当n小于或等于1时，则判断所述原光斑图像中不存在光斑缺失；

所述第一阈值为0.1~0.4。

10.如权利要求6所述的半导体激光器芯片的缺陷检测系统的检测方法，其特征在于，所述对数图像中光斑拖尾的存在情况的判断方法包括：根据所述对数图像每行像素点的总光强与每行像素点在列方向上的坐标之间的映射得到第四曲线；对所述第四曲线的纵坐标进行归一化处理得到第五曲线；采用第二阈值对所述第五曲线进行二值化处理，得到第六曲线；采用第三阈值对所述第五曲线进行二值化处理，得到第七曲线，第二阈值大于第三阈值；获取所述第六曲线的纵坐标数值为1的点的个数作为第一个数，获取所述第七曲线的纵坐标为1的点的个数作为第二个数；当第二个数大于第一个数与阈值倍数的乘积时，则判断所述对数图像中光斑存在拖尾；当第二个数小于或等于第一个数与阈值倍数的乘积时，则判断所述对数图像中光斑不存在拖尾；

所述第二阈值为0.2~0.4，所述第三阈值为0.02~0.04，所述阈值倍数为1.5~1.9。

11.如权利要求6所述的半导体激光器芯片的缺陷检测系统的检测方法，其特征在于，所述对数图像中所述光斑拖尾的连续情况的判断方法包括：根据所述对数图像每行像素点的总光强与每行像素点在列方向上的坐标之间的映射得到第四曲线；对所述第四曲线的纵坐标进行归一化处理得到第五曲线；采用第四阈值对所述第五曲线进行二值化处理得到第八曲线；获取所述第八曲线的纵坐标数值由1变成0的边沿个数p，p为自然数；当p大于1时，则判断所述对数图像中光斑拖尾不连续；当p小于或等于1时，则判断所述对数图像中光斑拖尾不连续；

所述第四阈值为0.003~0.006。

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