CN114791351A - 一种大功率光纤耦合半导体激光器测试系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大功率光纤耦合半导体激光器测试系统及其使用方法。系统包括水冷系统、光纤定位系统、驱动系统、光电参数系统、运动控制系统和光学隔振平台，其中，光学隔振平台上设置水冷系统，水冷系统上设置激光器，激光器连接至驱动系统，运动控制系统设置于光学隔振平台上，运动控制系统上设置光电参数系统，运动控制系统一侧设置光纤定位系统，光纤定位系统连接激光器的光纤输出端。本发明实现对大功率光纤耦合半导体激光器的LIV、光谱及NA等关键特性指标的自动测试，避免了手动测试效率低下、操作复杂的弊端，同时实现了整机一体化测试，提升了自动化程度，减少了人工干扰，缩短测试周期，有利于实现产品的一致性。

Description

一种大功率光纤耦合半导体激光器测试系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种大功率光纤耦合半导体激光器测试系统及其使用方法，属于半导体激光器测试技术领域。

背景技术

随着半导体技术的日趋成熟，半导体激光器以其转换效率高、体积小、重量轻、可靠性高、能直接调制等特点，在科研、工业、军事、医疗等领域得到了日益广泛的应用，并在诸多领域引起了革命性的突破，市场需求量及发展潜力巨大。而大功率光纤耦合半导体激光器更是需要复杂的制造工艺与生产流程等环节共同完成，其中大功率光纤耦合半导体激光器的测试则是不可或缺的一项要求，为了确保大功率光纤耦合半导体激光器的出货质量、一致性、成品率，同时获取封装前后和老化前后产品各项关键参数等，必须进行测试作业，并且根据记录的数据分析，有针对性、目的性的回顾整个封装过程，进一步优化产品工艺。

目前在半导体激光器封装领域，大功率光纤耦合半导体激光器测试主要是通过手动方式进行，人工将半导体激光器光纤输出端插入积分球的适配器，然后手动通电进行测试，人工保存记录功率和波长等数据，此手动测试的效率低，操作复杂困难，并且容易出现错漏，无法快速有效的测试NA。

中国专利文件CN210198679U公开了一种半导体激光器功率测试与光斑识别装置，该装置包括底座支架，底座支架顶部设有第一横梁，底座支架中部设有第二横梁，第一横梁一端固定安装有积分球，积分球底部设有两个半透半反镜片支架，半透半反镜片两端分别与两半透半反镜片支架固定连接，底座支架上固定安装有激光器插座，第二横梁一端固定安装有半透屏幕，另一端固定安装有CCD相机，积分球顶部设有测试探头。该装置仍需人工配合进行测试，自动化程度低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种大功率光纤耦合半导体激光器测试系统，实现对大功率光纤耦合半导体激光器的LIV、光谱及NA等关键特性指标的自动测试，避免了手动测试效率低下、操作复杂的弊端，同时实现了整机一体化测试，提升了自动化程度，减少了人工干扰，缩短测试周期，有利于实现产品的一致性。

本发明还提供上述一种大功率光纤耦合半导体激光器测试系统的使用方法。

术语解释：

NA：数值孔径；

LIV：激光功率、工作电流和工作电压。

本发明的技术方案如下：

一种大功率光纤耦合半导体激光器测试系统，包括水冷系统、光纤定位系统、驱动系统、光电参数系统、运动控制系统和光学隔振平台，其中，

光学隔振平台上设置水冷系统，水冷系统上设置激光器，通过水冷系统对激光器进行散热，激光器连接至驱动系统，通过驱动系统驱动激光器工作，运动控制系统设置于光学隔振平台上，运动控制系统上设置光电参数系统，通过运动控制系统带动光电参数系统运动，通过光电参数系统实现LIV、光谱及NA参数的测试，运动控制系统一侧设置光纤定位系统，光纤定位系统连接激光器的光纤输出端，通过光纤定位系统调节激光器发出的激光位置。

优选的，水冷系统包括水冷金属板和供回水管路，水冷金属板上设置激光器，水冷金属板为长方形金属板，水冷金属板内置供回水管路，供回水管路通过供水球阀连接至厂务水管，通过供回水管路内的冷却水流动实现水冷金属板的冷却，进而完成激光器的散热。

优选的，驱动系统包括直流电源和工控机，工控机连接至直流电源，直流电源连接至激光器的加电针正负极，形成闭合回路。通过工控机控制直流电源以斜坡模式增加输出电流至激光器工作电流,完成测试后自动将输出电流减小至0，再关闭输出，该过程有助于保护激光器以免过冲造成损坏，同时可以获取更多的LIV及光谱数据。

进一步优选的，工控机连接至显示器，通过显示器显示读数。

优选的，运动控制系统包括线性模组和运动控制器，线性模组设置于光学隔振平台上，线性模组连接运动控制器，通过运动控制器驱动线性模组往复运动。

进一步优选的，线性模组上设置拖链，保护内置电缆。

优选的，光电参数系统包括积分球、光电参数测试仪、光纤适配器A和功率探测器，积分球设置于线性模组上，积分球上两个输出端，一个输出端通过光纤适配器A和光纤连接至光电参数测试仪，另一个输出端连接功率探测器，功率探测器连接至光电参数测试仪，光电参数测试仪固定于光学隔振平台，光电测试仪连接至工控机。积分球入射孔用于接收激光器的光纤输出端发射的激光，激光在积分球内部经过多次反射后均匀地散射在积分球内部，使用积分球来测量光通量时，测量结果更为可靠，积分球可降低并除去由光的形状、发散角度、及功率探测器上不同位置的响应度差异所造成地测量误差，然后通过工控机实现LIV及光谱的数据记录保存。

优选的，光纤定位系统包括底座、可调支架和光纤适配器B，底座设置于线性模组一侧的光学隔振平台上，底座上设置可调支架，可调支架上设置光纤适配器B，光纤适配器B内设置激光器的光纤输出端。

进一步优选的，可调支架包括中空立柱和活动接杆，中空立柱内套装活动接杆，中空立柱顶端设置顶丝，中空立柱设置于底座上，活动接杆顶端设置光纤适配器B。活动接杆上下、左右方向调整确定后，拧紧顶丝，实现中空立柱和活动接杆的相对位置固定。

上述大功率光纤耦合半导体激光器测试系统的使用方法，操作步骤如下：

(1)打开水冷系统的供水球阀，通入循环冷却的厂务水，使用扭矩螺丝刀将激光器紧固于水冷金属板上，完全接触，无间隙贴合；

(2)将激光器的光纤输出端插入光纤适配器B中，通过可调支架进行上下、左右多方向的调整，使光纤输出端对准积分球的入射孔，初次校准后无需重复校准；

(3)将直流电源的输出端连接至激光器的加电针正负极；

(4)使用工控机控制直流电源以斜坡模式增加输出电流至工作电流，此时积分球同步接收到激光，通过功率探测器和光纤将信号发送至光电参数测试仪，然后工控机读取并通过显示器显示LIV及光谱数据，最后记录并保存至数据库；

(5)完成LIV与光谱测试后，进行NA测试，运动控制器控制线性模组移动积分球至设定功率位置，工控机记录此位置数据，同时测算出对应的NA数值，光纤输出端中心至积分球入射孔中心的直线距离为L，积分球入射孔的直径为D，NA＝D/L；

(6)完成全部测试后，直流电源自动将输出电流减小至0，然后关闭输出，线性模组连同积分球一并回到原点，等待下次测试。

本发明的有益效果在于：

1、本发明实现对大功率光纤耦合半导体激光器的LIV、光谱及NA等关键特性指标的自动测试，避免了手动测试效率低下、操作复杂的弊端，同时实现了整机一体化测试，提升了自动化程度，减少了人工干扰，缩短测试周期，有利于实现产品的一致性。

2、本发明结构简化，稳定可靠性高，更直接有效的实现NA测试，并且是对多点电流的激光参数进行测算，绘制曲线，为工艺分析等提供了大量的详实数据。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中：1、水冷金属板；2、光纤适配器B；3、活动接杆；4、中空立柱；5、底座；6、工控机；7、直流电源；8、光电参数测试仪；9、积分球；10、入射孔；11、功率探测器；12、光纤适配器A；13、运动控制器；14、线性模组；15、拖链；16、光学隔振平台；17、显示器。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种大功率光纤耦合半导体激光器测试系统，包括水冷系统、光纤定位系统、驱动系统、光电参数系统、运动控制系统和光学隔振平台，其中，

光学隔振平台16上设置水冷系统，水冷系统上设置激光器，通过水冷系统对激光器进行散热，激光器连接至驱动系统，通过驱动系统驱动激光器工作，运动控制系统设置于光学隔振平台上，运动控制系统上设置光电参数系统，通过运动控制系统带动光电参数系统运动，通过光电参数系统实现LIV、光谱及NA参数的测试，运动控制系统一侧设置光纤定位系统，光纤定位系统连接激光器的光纤输出端，通过光纤定位系统调节激光器发出的激光位置。

水冷系统包括水冷金属板1和供回水管路，水冷金属板上设置激光器，水冷金属板为长方形金属板，水冷金属板内置供回水管路，供回水管路通过供水球阀连接至厂务水管，通过供回水管路内的冷却水流动实现水冷金属板的冷却，进而完成激光器的散热。

驱动系统包括直流电源7和工控机6，工控机6连接至直流电源7，直流电源7连接至激光器的加电针正负极，形成闭合回路。通过工控机控制直流电源以斜坡模式增加输出电流至激光器工作电流,完成测试后自动将输出电流减小至0，再关闭输出，该过程有助于保护激光器以免过冲造成损坏，同时可以获取更多的LIV及光谱数据。

工控机6连接至显示器17，通过显示器17显示读数。

运动控制系统包括线性模组14和运动控制器13，线性模组14设置于光学隔振平台16上，线性模组14连接运动控制器13，通过运动控制器13驱动线性模组往复运动。

光电参数系统包括积分球9、光电参数测试仪8、光纤适配器A12和功率探测器11，积分球9设置于线性模组14上，积分球上两个输出端，一个输出端通过光纤适配器A12和光纤连接至光电参数测试仪8，另一个输出端连接功率探测器11，功率探测器连接至光电参数测试仪，光电参数测试仪固定于光学隔振平台，光电测试仪连接至工控机。积分球入射孔10用于接收激光器的光纤输出端发射的激光，激光在积分球内部经过多次反射后均匀地散射在积分球内部，使用积分球来测量光通量时，测量结果更为可靠，积分球可降低并除去由光的形状、发散角度、及功率探测器上不同位置的响应度差异所造成地测量误差，然后通过工控机实现LIV及光谱的数据记录保存。

光纤定位系统包括底座5、可调支架和光纤适配器B2，底座5设置于线性模组一侧的光学隔振平台上，底座上设置可调支架，可调支架上设置光纤适配器B，光纤适配器B内设置激光器的光纤输出端。

上述大功率光纤耦合半导体激光器测试系统的使用方法，操作步骤如下：

(1)打开水冷系统的供水球阀，通入循环冷却的厂务水，使用扭矩螺丝刀将激光器紧固于水冷金属板上，完全接触，无间隙贴合；

(2)将激光器的光纤输出端插入光纤适配器B中，通过可调支架进行上下、左右多方向的调整，使光纤输出端对准积分球的入射孔，初次校准后无需重复校准；

(3)将直流电源的输出端连接至激光器的加电针正负极；

(4)使用工控机控制直流电源以斜坡模式增加输出电流至工作电流，此时积分球同步接收到激光，通过功率探测器和光纤将信号发送至光电参数测试仪，然后工控机读取并通过显示器显示LIV及光谱数据，最后记录并保存至数据库；

(5)完成LIV与光谱测试后，进行NA测试，运动控制器控制线性模组移动积分球至设定功率位置，工控机记录此位置数据，同时测算出对应的NA数值，光纤输出端中心至积分球入射孔中心的直线距离为L，积分球入射孔的直径为D，NA＝D/L；

(6)完成全部测试后，直流电源自动将输出电流减小至0，然后关闭输出，线性模组连同积分球一并回到原点，等待下次测试。

实施例2：

一种大功率光纤耦合半导体激光器测试系统，结构如实施例1所述，不同之处在于，线性模组14上设置拖链15，保护内置电缆。

实施例3：

一种大功率光纤耦合半导体激光器测试系统，结构如实施例1所述，不同之处在于，可调支架包括中空立柱4和活动接杆3，中空立柱4内套装活动接杆3，中空立柱顶端设置顶丝，中空立柱设置于底座上，活动接杆顶端设置光纤适配器B。活动接杆上下、左右方向调整确定后，拧紧顶丝，实现中空立柱和活动接杆的相对位置固定。

Claims (10)

1.一种大功率光纤耦合半导体激光器测试系统，其特征在于，包括水冷系统、光纤定位系统、驱动系统、光电参数系统、运动控制系统和光学隔振平台，其中，

光学隔振平台上设置水冷系统，水冷系统上设置激光器，通过水冷系统对激光器进行散热，激光器连接至驱动系统，通过驱动系统驱动激光器工作，运动控制系统设置于光学隔振平台上，运动控制系统上设置光电参数系统，通过运动控制系统带动光电参数系统运动，通过光电参数系统实现LIV、光谱及NA参数的测试，运动控制系统一侧设置光纤定位系统，光纤定位系统连接激光器的光纤输出端，通过光纤定位系统调节激光器发出的激光位置。

2.如权利要求1所述的大功率光纤耦合半导体激光器测试系统，其特征在于，水冷系统包括水冷金属板和供回水管路，水冷金属板上设置激光器，水冷金属板为长方形金属板，水冷金属板内置供回水管路，供回水管路通过供水球阀连接至厂务水管。

3.如权利要求2所述的大功率光纤耦合半导体激光器测试系统，其特征在于，驱动系统包括直流电源和工控机，工控机连接至直流电源，直流电源连接至激光器的加电针正负极，形成闭合回路。

4.如权利要求3所述的大功率光纤耦合半导体激光器测试系统，其特征在于，工控机连接至显示器。

5.如权利要求4所述的大功率光纤耦合半导体激光器测试系统，其特征在于，运动控制系统包括线性模组和运动控制器，线性模组设置于光学隔振平台上，线性模组连接运动控制器。

6.如权利要求5所述的大功率光纤耦合半导体激光器测试系统，其特征在于，线性模组上设置拖链。

7.如权利要求5所述的大功率光纤耦合半导体激光器测试系统，其特征在于，光电参数系统包括积分球、光电参数测试仪、光纤适配器A和功率探测器，积分球设置于线性模组上，积分球上两个输出端，一个输出端通过光纤适配器A和光纤连接至光电参数测试仪，另一个输出端连接功率探测器，功率探测器连接至光电参数测试仪，光电参数测试仪固定于光学隔振平台，光电测试仪连接至工控机。

8.如权利要求7所述的大功率光纤耦合半导体激光器测试系统，其特征在于，光纤定位系统包括底座、可调支架和光纤适配器B，底座设置于线性模组一侧的光学隔振平台上，底座上设置可调支架，可调支架上设置光纤适配器B，光纤适配器B内设置激光器的光纤输出端。

9.如权利要求8所述的大功率光纤耦合半导体激光器测试系统，其特征在于，可调支架包括中空立柱和活动接杆，中空立柱内套装活动接杆，中空立柱顶端设置顶丝，中空立柱设置于底座上，活动接杆顶端设置光纤适配器B。

10.一种如权利要求8所述的大功率光纤耦合半导体激光器测试系统的使用方法，其特征在于，操作步骤如下：

(1)打开水冷系统的供水球阀，通入循环冷却的厂务水，使用扭矩螺丝刀将激光器紧固于水冷金属板上，完全接触，无间隙贴合；

(2)将激光器的光纤输出端插入光纤适配器B中，通过可调支架进行上下、左右多方向的调整，使光纤输出端对准积分球的入射孔，初次校准后无需重复校准；

(3)将直流电源的输出端连接至激光器的加电针正负极；

(4)使用工控机控制直流电源以斜坡模式增加输出电流至工作电流，此时积分球同步接收到激光，通过功率探测器和光纤将信号发送至光电参数测试仪，然后工控机读取并通过显示器显示LIV及光谱数据，最后记录并保存至数据库；

(5)完成LIV与光谱测试后，进行NA测试，运动控制器控制线性模组移动积分球至设定功率位置，工控机记录此位置数据，同时测算出对应的NA数值，光纤输出端中心至积分球入射孔中心的直线距离为L，积分球入射孔的直径为D，NA＝D/L；

(6)完成全部测试后，直流电源自动将输出电流减小至0，然后关闭输出，线性模组连同积分球一并回到原点，等待下次测试。

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