CN116222961B - 一种半导体激光器的结温测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半导体激光器的结温测试方法，包括：获取测试载台为第一温度、半导体激光器在第一直流电流工作下，半导体激光器发出光的第一峰值波长；获取半导体激光器在第二脉冲电流工作下，测试载台在不同第二温度下半导体激光器分别对应发出光的第二峰值波长，第二脉冲电流的电流值等于第一直流电流的电流值；对不同第二温度下发出光的分别对应的第二峰值波长的数据进行拟合，获取半导体激光器在脉冲工作条件下峰值波长随半导体激光器的结温的变化曲线；获取变化曲线中峰值波长等于第一峰值波长时对应的测试结温。所述方法能降低测试半导体激光器结温的复杂度和提高测试精度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体测试技术领域，具体涉及一种半导体激光器的结温测试方法。
背景技术
半导体激光器的结温测试一直是困扰业界的难题，因为结温用于表征半导体激光器内部有源区在发光时的实际温度，结温无法直接借用测温仪器进行量测。目前业界常规做法是通过理论模型的仿真，利用Ansys有限元仿真软件进行模拟，推算出半导体激光器的结温。但是该方法非常复杂，一方面要求工程技术人员的半导体激光器理论功底和热力学功底非常扎实，另一方面需要购买昂贵的商业软件Ansys，同时仿真结果严重依赖模型参数的选取，当参数选取有偏差时，仿真出来的结温结果也会不一样。现有技术中测试半导体激光器的结温的过程复杂和精度较差。
发明内容
本发明提供一种半导体激光器的结温测试方法，以克服现有技术中结温测试复杂和测试精度较差的问题。
本发明提供一种半导体激光器的结温测试方法，包括：步骤S1:将半导体激光器放置在测试载台的表面；步骤S2:获取测试载台为第一温度下半导体激光器直流工作条件下的阈值电流；步骤S3:获取测试载台为第一温度、半导体激光器在第一直流电流工作下，半导体激光器发出光的第一峰值波长，所述第一直流电流大于阈值电流且小于极限安全工作电流；步骤S4:获取半导体激光器在第二脉冲电流工作下，测试载台在不同第二温度下半导体激光器分别对应发出光的第二峰值波长，所述第二脉冲电流的电流脉冲值等于第一直流电流的电流值；步骤S5:对不同第二温度下发出光的分别对应的第二峰值波长的数据进行拟合，获取半导体激光器在第二脉冲电流的工作条件下峰值波长随半导体激光器的结温的变化曲线；步骤S6:获取所述变化曲线中峰值波长等于第一峰值波长时对应的测试结温，所述测试结温表征测试载台为第一温度、半导体激光器在第一直流电流工作下半导体激光器的有源区的结温。
可选的，获取测试载台为第一温度下半导体激光器直流工作条件下的阈值电流的步骤包括：设置测试载台的温度为第一温度；测试载台为第一温度下对半导体激光器在不同的直流扫描电流下进行扫描；根据半导体激光器在不同的直流扫描电流下出光功率的变化情况，获取半导体激光器激射时对应的阈值电流。
可选的，所述直流扫描电流的步进为0.4mA～2mA。
可选的，第二脉冲电流的脉冲宽度为1微秒～20微秒，占空比为1％～10％。
可选的，不同第二温度包括第一子温度至第N子温度，N选取5～10，第一子温度小于或等于第一温度，第n子温度大于第n-1子温度，n为大于或等于1且小于或等于N-1的整数。
可选的，所述半导体激光器包括法布里-珀罗激光器、分布式反馈半导体激光器、边发射激光器、或者垂直腔面发射半导体激光器。
可选的，步骤S2中，中采用光强-电流-电压测试机获取测试载台为第一温度下半导体激光器直流加电条件下的阈值电流；在步骤S3中，采用光谱仪测试半导体激光器发出光的第一峰值波长；在步骤S4中，采用光谱仪测试半导体激光器发出光的第二峰值波长。
可选的，在步骤S5中:对不同第二温度下发出光的分别对应的第二峰值波长的数据进行线性拟合，获取半导体激光器在第二脉冲电流的工作条件下峰值波长随半导体激光器的结温的线性变化曲线。
本发明的技术方案具有以下有益效果：
本申请技术方案提供的半导体激光器的结温测试方法，半导体激光器在第二脉冲电流工作下时半导体激光器因为发光带来的发热较少趋于忽略，半导体激光器在第二脉冲电流工作下时的有源区的结温等于测试载台的温度。当测试载台在不同第二温度下时，代表着半导体激光器的有源区的温度对应不同的第二温度。获取半导体激光器在第二脉冲电流工作下，测试载台在不同第二温度下半导体激光器分别对应发出光的第二峰值波长，对不同第二温度下发出光的分别对应的第二峰值波长的数据进行拟合，就能获取到半导体激光器在脉冲工作条件下峰值波长随半导体激光器的结温的变化曲线。这样得到的变化曲线中结温是用于表征半导体激光器工作时有源区的实际温度。该变化曲线是半导体激光器在第二脉冲电流工作下得到的，第二脉冲电流的电流值等于第一直流电流的电流值，半导体激光器在第一直流电流工作下发出的光具有第一峰值波长，将第一峰值波长带入该变化曲线就可以得到测试结温的数据，所述测试结温的数据表征测试载台为第一温度、半导体激光器在第一直流电流工作下半导体激光器的有源区的结温。该方法简单实用，使用门槛较低，无需复杂的理论仿真模型，测试直观准确，以解决现有技术中理论仿真模型复杂、计算繁琐、测试结果受模型参数影响较大的问题。该方法测试半导体激光器的结温的精度较高，且测试方法比较简化。
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为本发明提供的一种半导体激光器的结温测试方法的流程图；
图2为测试载台为第一温度下半导体激光器对应直流条件下的扫描曲线；
图3为测试载台为第一温度、半导体激光器在第一直流电流工作下的光谱曲线；
图4为半导体激光器为在第二脉冲电流的工作条件下峰值波长随半导体激光器的结温的变化曲线。
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，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。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。
本发明一实施例提供一种半导体激光器的结温测试方法，参考图1，包括：
步骤S1:将半导体激光器放置在测试载台的表面；
步骤S2:获取测试载台为第一温度下半导体激光器直流工作条件下的阈值电流；
步骤S3:获取测试载台为第一温度、半导体激光器在第一直流电流工作下，半导体激光器发出光的第一峰值波长，所述第一直流电流大于阈值电流且小于极限安全工作电流；
步骤S4:获取半导体激光器在第二脉冲电流工作下，测试载台在不同第二温度下半导体激光器分别对应发出光的第二峰值波长，所述第二脉冲电流的电流脉冲值等于第一直流电流的电流值；
步骤S5:对不同第二温度下发出光的分别对应的第二峰值波长的数据进行拟合，获取半导体激光器在第二脉冲电流的工作条件下峰值波长随半导体激光器的结温的变化曲线；
步骤S6:获取所述变化曲线中峰值波长等于第一峰值波长时对应的测试结温，所述测试结温表征测试载台为第一温度、半导体激光器在第一直流电流工作下半导体激光器的有源区的结温。
半导体激光器发出光的峰值波长随着半导体激光器的结温的升高往长波方向移动。半导体激光器在连续电流工作的状态下，半导体激光器的电功率转化效率不是100％，半导体激光器只要发光就必然会发热，所以半导体激光器在连续电流工作下的结温相当于是环境温度和半导体激光器自身发热带来的温升两部分加起来的温度。当半导体激光器的工作模式为脉冲模式时，对半导体激光器的加电时间很短，当对半导体激光器的加电时间短至一定程度时，半导体激光器因为发光带来的发热可以忽略，在这种情况下，半导体激光器的有源区的结温就基本上等于环境温度。
本实施例中，半导体激光器在第二脉冲电流工作下时半导体激光器因为发光带来的发热较少趋于忽略，半导体激光器在第二脉冲电流工作下时的有源区的结温等于测试载台的温度。当测试载台在不同第二温度下时，代表着半导体激光器的有源区的温度对应不同的第二温度。获取半导体激光器在第二脉冲电流工作下，测试载台在不同第二温度下半导体激光器分别对应发出光的第二峰值波长，对不同第二温度下发出光的分别对应的第二峰值波长的数据进行拟合，就能获取到半导体激光器在脉冲工作条件下峰值波长随半导体激光器的结温的变化曲线。这样得到的变化曲线中结温是用于表征半导体激光器工作时有源区的实际温度。该变化曲线是半导体激光器在第二脉冲电流工作下得到的，第二脉冲电流的电流值等于第一直流电流的电流值，半导体激光器在第一直流电流工作下发出的光具有第一峰值波长，将第一峰值波长带入该变化曲线就可以得到测试结温的数据，所述测试结温的数据表征测试载台为第一温度、半导体激光器在第一直流电流工作下半导体激光器的有源区的结温。该方法测试半导体激光器的结温的精度较高，且测试方法比较简化。
半导体激光器发出的光的峰值波长随着半导体激光器的有源区的结温的升高而向长波方向移动，这个移动一般是线性的。在本实施例步骤S5中:对不同第二温度下发出光的分别对应的第二峰值波长的数据进行线性拟合，获取半导体激光器在第二脉冲电流的工作条件下峰值波长随半导体激光器的结温的线性变化曲线。半导体激光器在第二脉冲电流工作条件下出光的峰值波长和半导体激光器的结温呈线性变化关系。
所述半导体激光器包括法布里-珀罗激光器、分布式反馈半导体激光器、边发射激光器、或者垂直腔面发射半导体激光器，凡是直流工作条件下激射光谱对应单纵模或者多纵模的半导体激光器都在本发明的保护范围之内。
步骤S2中，中采用光强-电流-电压测试机获取测试载台为第一温度下半导体激光器直流加电条件下的阈值电流；在步骤S3中，采用光谱仪测试半导体激光器发出光的第一峰值波长；在步骤S4中，采用光谱仪测试半导体激光器发出光的第二峰值波长。
在步骤S1中，将半导体激光器放置在测试载台的表面。当所述半导体激光器为边发射激光器、法布里-珀罗激光器、分布式反馈半导体激光器时，半导体激光器具有前腔面和后腔面，将半导体激光器放置在测试载台上，前腔面正对光强-电流-电压测试机的收光方向。当半导体激光器为垂直腔面发射半导体激光器时，将半导体激光器放置在测试载台上，半导体激光器的出光面正对光强-电流-电压测试机的收光方向。
当半导体激光器有若干个时，将若干个半导体激光器整齐排列在蓝膜上，将蓝膜放置在测试载台的表面。
获取测试载台为第一温度下半导体激光器直流工作条件下的阈值电流的步骤包括：设置测试载台的温度为第一温度；测试载台为第一温度下对半导体激光器在不同的直流扫描电流下进行扫描；根据半导体激光器在不同的直流扫描电流下出光功率的变化情况，获取半导体激光器激射时对应的阈值电流。在一个实施例中，所述直流扫描电流的步进为0.4mA～2mA，例如1mA。在一个实施例中，第一温度为22摄氏度～26摄氏度，例如25摄氏度。
具体的，获取测试载台为第一温度下半导体激光器直流工作条件下的阈值电流的过程中采用光强-电流-电压测试机(L IV测试机)，设置L IV测试机的电流源表的工作输出为连续模式，设置测试载台的温度为第一温度，对半导体激光器进行直流扫描，扫描电流范围为从0mA至半导体激光器的极限安全工作电流(即Abso l ute Max imum Rat i ng)；通过光强-电流-电压测试机的测试数据获取测试载台为第一温度下半导体激光器直流工作条件下的阈值电流。
参考图2，图2为测试载台为第一温度下半导体激光器对应直流条件下的扫描曲线。图2中横坐标为电流，纵坐标为半导体激光器的出光光强。
测试载台为L IV测试机的一部分。或者，测试载台与L IV测试机独立设置。
在步骤S3中，获取测试载台为第一温度、半导体激光器在第一直流电流工作下，半导体激光器发出光的第一峰值波长，所述第一直流电流大于阈值电流且小于极限安全工作电流。具体的，在测试载台具有第一温度的条件下，L IV测试机的电流源表的工作输出为连续模式，L IV测试机的电流源表输出第一直流电流至半导体激光器，用光谱仪测试半导体激光器在第一直流电流工作下发出光的光谱，并获取此光谱中的第一峰值波长。图3为测试载台为第一温度、半导体激光器在第一直流电流工作下的光谱曲线。图3中的横坐标为波长，纵坐标为光谱强度。
在一个实施例中，第一直流电流为50mA～80mA，例如60mA。在一个实施例中，测试载台的温度为25摄氏度，半导体激光器在60mA工作下，半导体激光器发出光的第一峰值波长为1310nm。
在步骤S4中，获取半导体激光器在第二脉冲电流工作下，测试载台在不同第二温度下半导体激光器分别对应发出光的第二峰值波长，所述第二脉冲电流的电流脉冲值等于第一直流电流的电流值。具体的，设置LIV测试机的电流源表工作在脉冲方式，电流源表输出第二脉冲电流至半导体激光器，设置测试载台在不同的第二温度下，获取半导体激光器分别对应发出光的第二峰值波长。
在一个实施例中，第二脉冲电流的脉冲宽度为1微秒～20微秒，例如1微秒、1.2微秒、1.5微秒、2微秒、2.5微秒、3微秒、4微秒、5微秒、6微秒、7微秒、8微秒、9微秒、10微秒、12微秒、15微秒、18微秒或20微秒，占空比为1％～10％，例如1％、1.5％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％，在这样的条件下，可以忽略半导体激光器发光带来的有源区热效应的影响，此时可以认为半导体激光器的结温等于测试载台的温度。进一步提高了半导体激光器的结温的测试精度。
在一个实施例中，不同第二温度包括第一子温度至第N温度，N选取5～10，第一子温度小于或等于第一温度，第n子温度大于第n-1子温度，n为大于或等于1且小于或等于N-1的整数。N根据实际情况选取，N的取值越大，参与峰值波长和结温线性拟合的点数越多，拟合精度越高，但也要考虑N越大对应的测试工作量也很大，影响测试效率，为了兼顾测试效率和拟合精度均较好，N选取5～10。
对不同第二温度下发出光的第二峰值波长的数据进行拟合，获取半导体激光器在脉冲工作条件下峰值波长随半导体激光器的结温的变化曲线，如图4所示。图4中的横坐标为半导体激光器的结温，纵坐标为波长。在一个实施例中，图4中的变化曲线用公式表示为：y＝0.095x+1306.2。y为峰值波长，x为半导体激光器的结温。
本实施例的方法简单实用，使用门槛较低，无需复杂的理论仿真模型，测试直观准确，以解决现有技术中理论仿真模型复杂、计算繁琐、测试结果受模型参数影响较大的问题。
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 (8)
1.一种半导体激光器的结温测试方法，其特征在于，包括：
步骤S1:将半导体激光器放置在测试载台的表面；
步骤S2:获取测试载台为第一温度下半导体激光器直流工作条件下的阈值电流；
步骤S3:获取测试载台为第一温度、半导体激光器在第一直流电流工作下，半导体激光器发出光的第一峰值波长，所述第一直流电流大于阈值电流且小于极限安全工作电流；
步骤S4:获取半导体激光器在第二脉冲电流工作下，测试载台在不同第二温度下半导体激光器分别对应发出光的第二峰值波长，所述第二脉冲电流的电流脉冲值等于第一直流电流的电流值；
步骤S5:对不同第二温度下发出光的分别对应的第二峰值波长的数据进行拟合，获取半导体激光器在第二脉冲电流的工作条件下峰值波长随半导体激光器的结温的变化曲线；
步骤S6:获取所述变化曲线中峰值波长等于第一峰值波长时对应的测试结温，所述测试结温表征测试载台为第一温度、半导体激光器在第一直流电流工作下半导体激光器的有源区的结温。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器的结温测试方法，其特征在于，获取测试载台为第一温度下半导体激光器直流工作条件下的阈值电流的步骤包括：设置测试载台的温度为第一温度；测试载台为第一温度下对半导体激光器在不同的直流扫描电流下进行扫描；根据半导体激光器在不同的直流扫描电流下出光功率的变化情况，获取半导体激光器激射时对应的阈值电流。
3.根据权利要求2所述的半导体激光器的结温测试方法，其特征在于，所述直流扫描电流的步进为0.4mA～2mA。
4.根据权利要求1所述的半导体激光器的结温测试方法，其特征在于，第二脉冲电流的脉冲宽度为1微秒～20微秒，占空比为1％～10％。
5.根据权利要求1所述的半导体激光器的结温测试方法，其特征在于，不同第二温度包括第一子温度至第N子温度，N选取5～10，第一子温度小于或等于第一温度，第n子温度大于第n-1子温度，n为大于或等于1且小于或等于N-1的整数。
6.根据权利要求1所述的半导体激光器的结温测试方法，其特征在于，所述半导体激光器包括法布里-珀罗激光器、分布式反馈半导体激光器、边发射激光器、或者垂直腔面发射半导体激光器。
7.根据权利要求1所述的半导体激光器的结温测试方法，其特征在于，步骤S2中，采用光强-电流-电压测试机获取测试载台为第一温度下半导体激光器直流加电条件下的阈值电流；在步骤S3中，采用光谱仪测试半导体激光器发出光的第一峰值波长；在步骤S4中，采用光谱仪测试半导体激光器发出光的第二峰值波长。
8.根据权利要求1所述的半导体激光器的结温测试方法，其特征在于，在步骤S5中:对不同第二温度下发出光的分别对应的第二峰值波长的数据进行线性拟合，获取半导体激光器在第二脉冲电流的工作条件下峰值波长随半导体激光器的结温的线性变化曲线。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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