CN208780433U - 半导体激光器数值孔径自动测试设备 - Google Patents

Abstract

一种半导体激光器数值孔径自动测试设备，包括工作台、功率检测装置、光纤移动装置、及连接功率检测装置的数据处理装置；功率检测装置包括光功率计探头、安装在光功率计探头上的光阑、及连接光功率计探头的功率采集器；数据处理装置连接功率采集器，并读取功率采集器的功率检测数据；光纤移动装置包括位移控制机构，位移控制机构包括导轨组件、滑动设置在导轨组件上的位移台、及驱动位移台相对导轨组件移动的驱动组件。通过光纤移动装置对输出光纤进行移动，及功率采集装置对输出光纤的输出功率进行检测，数据处理装置根据输出光纤与光阑之间的距离分析得出半导体激光器输出的最大数值孔径的具体大小，从而自动完成最大数值孔径的测量。

Description

半导体激光器数值孔径自动测试设备

技术领域

本实用新型涉及半导体激光器测试技术，特别是涉及一种半导体激光器数值孔径自动测试设备。

背景技术

半导体激光器具有体积小、效率高、使用方便等特点，因而得到了广泛的应用。半导体激光器在应用时，为方便调整输出方向，一般通过输出光纤将进行激光光线的输出，半导体激光器光线一般通过聚焦透镜以一定角度入射到输出光纤，不同的激光光线入射输出光纤的角度可能不一样，半导体激光器输出的最大数值孔径是一项重要的参数，输出的最大数值孔径越小，则输出光纤出射的激光光束越集中，对激光光束应用时的熔接效率产生较大影响。在对半导体激光器输出的最大数值孔径进行测量时，然而现有技术从输出光纤的输出端检测半导体激光器的最大数值孔径时，一般通过人工对测量操作，导致半导体激光器输出的最大数值孔径测量效率低下。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种能自动测量出半导体激光器输出最大数值孔径具体大小的半导体激光器数值孔径自动测试设备。

一种半导体激光器数值孔径自动测试设备，包括：工作台、安装在所述工作台上的功率检测装置、安装在所述工作台上的光纤移动装置、及连接所述功率检测装置的数据处理装置；所述功率检测装置包括光功率计探头、安装在所述光功率计探头上的光阑、及连接所述光功率计探头的功率采集器；所述光功率计探头上设有感应面，所述光阑的通光孔与所述光功率计探头的感应面对应；所述数据处理装置连接所述功率采集器，并读取所述功率采集器的功率检测数据；所述光纤移动装置包括位移控制机构，所述位移控制机构包括导轨组件、滑动设置在所述导轨组件上的位移台、及驱动所述位移台相对所述导轨组件移动的驱动组件；所述导轨组件的延伸方向与所述通光孔对应；所述驱动组件向所述数据处理装置反馈所述位移台相对所述导轨组件的移动距离。

上述半导体激光器数值孔径自动测试设备，通过光纤移动装置对输出光纤进行移动，及功率采集装置对输出光纤的输出功率进行检测，当输出光纤经过临界位置时，功率采集装置采集到的功率检测数据在恒定状态与渐变状态之间发生变化，数据处理装置根据功率检测数据发生变化时，输出光纤与光阑之间的距离及通光孔的直径分析得出半导体激光器输出的最大数值孔径的具体大小，从而自动完成半导体激光器输出的最大数值孔径的测量，提高测量效率。

在其中一个实施例中，所述驱动组件包括连接导轨组件的驱动电机、转动安装在所述导轨组件上的丝杆轴、及安装在所述丝杆轴上的丝杆螺母；所述驱动电机的输出轴连接所述丝杆轴的一端，所述丝杆螺母连接所述位移台。

在其中一个实施例中，所述位移控制机构还包括复位检测组件，所述复位检测组件包括连接所述位移台的感应片、及与所述感应片对应的感应开关；所述感应开关与所述驱动电机的控制电路连接，所述感应开关安装在所述导轨组件上。

在其中一个实施例中，所述光纤移动装置还包括夹持机构，所述夹持机构包括安装在所述位移台上的承纤座、及转动设置在所述承纤座上的压片；所述承纤座上设有容纤槽，所述容纤槽与所述通光孔对应；所述压片的内侧与所述容纤槽对应。

在其中一个实施例中，所述夹持机构还包括安装在所述位移台上的延伸块，所述承纤座通过所述延伸块安装在所述位移台上。

在其中一个实施例中，还包括安装在所述工作台上的水冷板。

在其中一个实施例中，还包括固定夹具，所述固定夹具包括安装在所述工作台上的支撑架、与所述支撑架滑动连接的引导块、连接所述支撑架的手柄组件、穿设在所述支撑架上的推杆、若干穿设在所述引导块上的导向柱、连接所述导向柱的压板、及套设在所述导向柱上的弹簧件；所述支撑架设置在所述水冷板的一侧；所述引导块与所述推杆的下端连接，所述手柄组件与所述推杆的上端连接；所述弹簧件设置在所述引导块与所述压板之间。

在其中一个实施例中，所述工作台上设有挡光箱，所述挡光箱包括若干相互连接的侧板、及翻盖；所述侧板竖直设置在所述工作台上，所述翻盖与其中一所述侧板连接；所述功率检测装置、所述光纤移动装置、及所述半导体激光器设置在所述挡光箱中。

在其中一个实施例中，还包括驱动电源、及控制所述驱动电源停止运行的急停开关；所述急停开关安装在所述侧板上。

在其中一个实施例中，还包括显示器，所述显示器与所述数据处理装置连接。

附图说明

图1为本实用新型的一较佳实施例的半导体激光器数值孔径自动测试设备的立体示意图；

图2为图1中的光功率计探头及光纤移动装置的立体示意图；

图3为图1中的光纤移动装置的圆圈A处放大图；

图4为图1中的光功率计探头及光纤移动装置的局部示意图；

图5为图1中的水冷板及固定夹具的立体示意图；

图6为图1所示的半导体激光器数值孔径自动测试设备加入挡光箱后的立体示意图；

图7为半导体激光器数值孔径自动测试设备测试方法的流程图；

图8为功率检测装置的功率检测数据曲线图；

图9为检测功率百分百比与实际数值孔径之间的关系图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将对本实用新型进行更全面的描述。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

请参阅图1至图9，为本实用新型一较佳实施方式的半导体激光器数值孔径自动测试设备100，用于对半导体激光器900输出的最大数值孔径进行测量。该半导体激光器数值孔径自动测试设备100包括工作台20、安装在工作台20上的功率检测装置、安装在工作台20上的光纤移动装置40、及连接功率检测装置的数据处理装置50；功率检测装置包括光功率计探头31、安装在光功率计探头31上的光阑32、及连接光功率计探头31的功率采集器33；光功率计探头31上设有感应面310，光阑32的通光孔320与光功率计探头31的感应面310对应；数据处理装置50连接功率采集器33，并读取功率采集器33的功率检测数据；光纤移动装置40包括位移控制机构41，位移控制机构41包括导轨组件43、滑动设置在导轨组件43上的位移台44、及驱动位移台44相对导轨组件43移动的驱动组件45；导轨组件43的延伸方向与通光孔320对应；驱动组件45向数据处理装置50反馈位移台44相对导轨组件43的移动距离。

通过光纤移动装置40对输出光纤进行移动，及功率采集装置对输出光纤的输出功率进行检测，当输出光纤经过临界位置时，功率采集装置采集到的功率检测数据在恒定状态与渐变状态之间发生变化，数据处理装置50根据功率检测数据发生变化时，输出光纤与光阑32之间的距离及通光孔320的直径分析得出半导体激光器900输出的最大数值孔径的具体大小，从而自动完成半导体激光器900输出的最大数值孔径的测量，提高测量效率。

请参阅图2至图4，在其中一个实施方式中，为实现输出光纤端部的精确移动，驱动组件45包括连接导轨组件43的驱动电机451、转动安装在导轨组件43上的丝杆轴452、及安装在丝杆轴452上的丝杆螺母453；驱动电机451的输出轴连接丝杆轴452的一端，丝杆螺母453连接位移台44；在位移控制机构41运行时，驱动电机451以预定速度带动丝杆轴452进行转动，在导轨组件43的限定下，丝杆螺母453带动位移台44相对光阑32以一定速度进行移动；驱动电机451的输出轴转动速度可通过驱动电机451的控制电路的按键设定，还可通过数据处理装置50向驱动电机451的控制电路输入；在位移台44处于起始位置时，数据处理装置50向驱动电机451发出转动起动指令，或通过驱动电机451的控制电路的按键发出起动指令，令驱动电机451开始转动运行；优选地，为确保位移台44的移动精度，驱动电机451为伺服电机；具体地，位移控制机构41为单轴机器人。

在其中一个实施方式中，为在进行最大数值孔径检测前，检测位移台44是否到达起始位置，位移控制机构41还包括复位检测组件46，复位检测组件46包括连接位移台44的感应片461、及与感应片461对应的感应开关462；感应开关462与驱动电机451的控制电路连接，感应开关462安装在导轨组件43上；驱动电机451的控制电路通过感应开关462确认感应片461是否处于与感应开关462对应的位置，在进行最大数值孔径测量前，驱动电机451带动丝杆轴452转动，令位移台44向原点复位位置移动，当感应开关462检测到感应片461时，从而确认位移台44到达起始位置；具体地，感应开关462为行程开关或光电传感器。

请参阅图3，在其中一个实施方式中，为可靠固定半导体激光器900的输出光纤的端部，光纤移动装置40还包括夹持机构42，夹持机构42包括安装在位移台44上的承纤座421、及转动设置在承纤座421上的压片422；承纤座421上设有容纤槽423，容纤槽423与通光孔320对应；压片422的内侧与容纤槽423对应；在固定输出光纤的端部时，将输出光纤容置在容纤槽423中，然后令压片422的内侧贴合到容纤槽423上，令输出光纤限定在容纤槽423中；进一步地，为使压片422可靠贴合到承纤座421上，夹持机构42还包括嵌设在承纤座421上的磁块424，压片422为铁磁材质，磁块424与压片422对应；通过磁块424对压片422所产生的磁力，从而令压片422可靠贴合到承纤座421，保持对输出光纤的限定；进一步地，为输出光纤的端部充分贴合到容纤槽423中，使输出激光光束的中心能对应通光孔320，夹持机构42还包括连接压片422内侧的垫片425，垫片425与容纤槽423对应；通过软质垫片425对容纤槽423中的输出光纤的挤压，从而令输出光纤充分贴合到容纤槽423中，令输出光纤端部出射的激光光束能与通光孔320准确对应。

请参阅图4，在其中一个实施方式中，为使位移台44靠近光阑32的极限位置时，输出光纤出射的激光光束能完全透过通光孔320，以确保功率检测装置能从位移台44移动过程中能检测到功率状态的转换，夹持机构42还包括安装在位移台44上的延伸块426，承纤座421通过延伸块426安装在位移台44上，通过调整延伸块426的长度，能确保在位移台44靠近光阑32的极限位置时，输出光纤出射的激光光束能完成通过通光孔320。

请参阅图1，在其中一个实施方式中，为使半导体激光器900的温度保持恒定，半导体激光器数值孔径自动测试设备100还包括安装在工作台20上的水冷板60，通过将半导体激光器900安装在水冷板60上以及调节水冷板60上中的液体流通速度，从而令半导体激光器900的温度保持恒定；具体地，为减少水冷板60与工作台20之间的热量传导，水冷板60通过隔离座61安装在工作台20上。

请参阅图5，在其中一个实施方式中，为使半导体激光器900能与水冷板60充分贴合，以确保半导体激光器900的热量能均匀传输到水冷板60上，半导体激光器数值孔径自动测试设备100还包括固定夹具70，固定夹具70包括安装在工作台20上的支撑架71、与支撑架71滑动连接的引导块72、连接支撑架71的手柄组件73、穿设在支撑架71上的推杆74、若干穿设在引导块72上的导向柱75、连接导向柱75的压板76、及套设在导向柱75上的弹簧件77；支撑架71设置在水冷板60的一侧；引导块72与推杆74的下端连接，手柄组件73与推杆74的上端连接；弹簧件77设置在引导块72与压板76之间。具体地，固定夹具70还包括垂直导轨78，引导块72通过垂直导轨78与支撑架71滑动连接；导向柱75的上端卡设在引导块72上方，以使引导块72可通过导向柱75提升压板76；导向柱75的下端与压板76固定连接；通过扳转手柄组件73，在杠杆原理作用下，推杆74推动引导块72下移，通过引导块72令弹簧件77产生压缩，由于各弹簧件77的形变量一致，从而使压板76上各个与导向柱75连接的部位受到相同的压力，从而使半导体激光器900表面均衡受压；优选地，导向柱75在压板76上均匀分布。

请参阅图6，在其中一个实施方式中，为避免半导体激光器900的输出激光对操作人员造成伤害，工作台20上设有挡光箱21，挡光箱21包括若干相互连接的侧板22、及翻盖23；侧板22竖直设置在工作台20上，翻盖23与其中一侧板22连接；功率检测装置、光纤移动装置40、及半导体激光器900设置在挡光箱21中。具体地，在其他实施方式中，水冷板60及固定夹具70也设置在挡光箱2115中。

在其中一个实施方式中，为向半导体激光器900提供电源，半导体激光器数值孔径自动测试设备100还包括驱动电源80；具体地，为在出现发生烧纤时，能快速停止半导体激光器900的运行，半导体激光器数值孔径自动测试设备100还包括控制驱动电源80停止运行的急停开关81，急停开关81安装在侧板22上。

在其中一个实施方式中，为向使用者显示半导体激光器900最大数值孔径的测量结果，半导体激光器数值孔径自动测试设备100还包括显示器51，显示器51与数据处理装置50连接，数据处理装置50向显示器51输出最数值孔径的测量结果、及检测数据；具体地，显示器51安装在工作台20上。

具体地，导轨组件43的延伸方向与通光孔320对应，令输出光纤在移动过程中能保持与通光孔320对应，优选地，导轨组件43与光阑32或通光孔320的所在平面垂直。

请参阅图7，基于上述半导体激光器数值孔径自动测试设备100的测试方法包括如下步骤：

S10：位移台44移动到原点复位位置；

S20：将输出光纤安装到位移台44上；

具体地，在将输出光纤安装到位移台44上后，通过工具测量或位置对齐，可确认位移台44移动到原点复位位置时，输出光纤的输出端与通光孔320或光阑32之间的初始距离S0；在其中一种实施方式中，当位移台44移动到原点复位位置时，输出光纤的输出端刚好与光阑32表面重合，即S0＝0；

S30：运行半导体激光器900，功率检测装置对输出光纤发出的激光光束的功率强度进行检测；

S40：驱动组件45启动运行，令位移台44相对光阑32移动；

具体地，在本实施方式中，位移台44的原点复位位置靠近光阑32设置，以使位移台44移动前，功率检测装置能接收到输出光纤发出的激光光束的全部功率P₀；

S50：数据处理装置50确定输出光纤经过临界位置的时间；

具体地，数据处理装置50根据功率检测数据在恒定状态与渐变状态之间发生的变化，确定输出光纤经过临界位置的时间t1；在本实施方式中，位移台44移动到原点复位位置时，输出光纤的输出端刚好与光阑32表面重合，输出光纤所发出的激光光束能完全通过通光孔320，激光光束的能量能完全被功率检测装置接收到，在输出光纤移动至临界位置前，由于激光光束未受到阻挡，功率检测装置能持续检测到激光光束的全部功率P₀，

具体地，在经过临界位置时，输出光纤所输出的激光光束的边缘刚好经过光阑32处于通光孔320侧的边缘，输出光纤从临界位置向靠近光阑32方向移动时，输出光纤所输出的激光光束能持续完全通过通光孔320，激光光束的能量能百分百地被功率检测装置获取，令功率检测数据保持在功率值P₀附近；输出光纤从临界位置向远离光阑32方向移动时，输出光纤所输出的激光光束在光阑32上的光斑逐渐变大，由于受到光阑32的阻挡，输出光纤所输出的激光光束仅有部分光线能穿通光孔320到达光功率计探头31的感应面310上，随着输出光纤从临界位置向远离光阑32方向移动及光斑的放大，穿通光孔320到达光功率计探头31的感应面310上的光线逐渐减少，功率值逐渐下降；

具体地，为判断输出光纤经过临界位置，以功率值P₀的一定百分百作为临界判断值ΔP，若功率检测装置的瞬时检测值与功率值P₀之间的差值大于临界判断值ΔP时，则将相应时间作为第一时间值t1；

S60：数据处理装置50根据输出光纤经过临界位置的时间，确定输出光纤经过临界位置时，输出光纤的输出端与光阑32之间的距离L；

具体地，数据处理装置50根据第一时间值t1，确定位移台44的移动距离S1；数据处理装置50根据位移台44的移动距离S1及初始距离S0确定输出光纤的输出端与光阑32之间的距离L；

具体地，向驱动电机451的控制电路设定驱动电机451输出轴的平均转速N，根据驱动组件45的机械参数可确定驱动电机451的输出轴每转动一圈位移台44所移动的距离M，从而可根据驱动电机451输出轴的平均转速N、位移台44的单圈移动距离M、及第一时间值t1，确定输出光纤经过临界位置时，位移台44的移动距离S1；在本实施方式中，以第一时间值t1作为输出光纤经过临界位置的时间，移动距离S1由下式确定

S1＝N*M*t1 (1)

请参阅图8，在另一实施方式中，为精确判断输出光纤经过临界位置的时间，数据处理装置50对第一时间值t1后的功率检测数据进行采样，并形成关于(功率,时间)的集合，然后通过曲线对关于(功率,时间)集合拟合，得到关于(功率,时间)的曲线，通过关于(功率,时间)的曲线获得与功率值P₀对应第二时间值t2；然后根据第二时间值t2计算出移动距离S1。

在其他实施方式中，数据处理装置50根据驱动电机451的控制电路所反馈的信号，确认输出光纤经过临界位置时，驱动电机451的输出轴的转动圈数或位移台44的移动距离。

在临界位置时，输出光纤的输出端与通光孔320之间的距离为L，L的大小由下式计算，

L＝S0+S1 (2)

S70：结合通光孔320的直径为D，数据处理装置50通过下式计算获得半导体激光器900的最大数值孔径，

进一步地，为获得同一输出光纤在不同检测功率百分百比P_N所对应的实际数值孔径，以分析激光熔接应用时的效率。

基于半导体激光器数值孔径自动测试设备100的测试方法还包括如下步骤：

S80：数据处理装置50结合位移台44运动时间t，形成检测功率百分百比P_N与实际数值孔径之间的对应关系曲线；

具体地，在位移台44经过临界位置后，功率采集器33记录光功率计探头31的检测功率P与位移台44运动时间t之间的对应曲线，检测功率P与功率值P₀的比值为检测功率百分百比P_N。

具体地，根据位移台44的运动时间t，数据处理装置50计算出检测功率百分百比P_N所对应的输出光纤的输出端与通光孔320之间的距离L，根据距离L与数值孔径NA之间的对应关系，从而形成检测功率百分百比P_N与实际数值孔径之间的对应关系曲线。

本实施例中，通过光纤移动装置对输出光纤进行移动，及功率采集装置对输出光纤的输出功率进行检测，当输出光纤经过临界位置时，功率采集装置采集到的功率检测数据在恒定状态与渐变状态之间发生变化，数据处理装置根据功率检测数据发生变化时，输出光纤与光阑之间的距离及通光孔的直径分析得出半导体激光器900输出的最大数值孔径的具体大小，从而自动完成半导体激光器900输出的最大数值孔径的测量，提高测量效率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种半导体激光器数值孔径自动测试设备，其特征在于，包括：工作台、安装在所述工作台上的功率检测装置、安装在所述工作台上的光纤移动装置、及连接所述功率检测装置的数据处理装置；所述功率检测装置包括光功率计探头、安装在所述光功率计探头上的光阑、及连接所述光功率计探头的功率采集器；所述光功率计探头上设有感应面，所述光阑的通光孔与所述光功率计探头的感应面对应；所述数据处理装置连接所述功率采集器，并读取所述功率采集器的功率检测数据；所述光纤移动装置包括位移控制机构，所述位移控制机构包括导轨组件、滑动设置在所述导轨组件上的位移台、及驱动所述位移台相对所述导轨组件移动的驱动组件；所述导轨组件的延伸方向与所述通光孔对应；所述驱动组件向所述数据处理装置反馈所述位移台相对所述导轨组件的移动距离。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器数值孔径自动测试设备，其特征在于，所述驱动组件包括连接导轨组件的驱动电机、转动安装在所述导轨组件上的丝杆轴、及安装在所述丝杆轴上的丝杆螺母；所述驱动电机的输出轴连接所述丝杆轴的一端，所述丝杆螺母连接所述位移台。

3.根据权利要求2所述的半导体激光器数值孔径自动测试设备，其特征在于，所述位移控制机构还包括复位检测组件，所述复位检测组件包括连接所述位移台的感应片、及与所述感应片对应的感应开关；所述感应开关与所述驱动电机的控制电路连接，所述感应开关安装在所述导轨组件上。

4.根据权利要求1所述的半导体激光器数值孔径自动测试设备，其特征在于，所述光纤移动装置还包括夹持机构，所述夹持机构包括安装在所述位移台上的承纤座、及转动设置在所述承纤座上的压片；所述承纤座上设有容纤槽，所述容纤槽与所述通光孔对应；所述压片的内侧与所述容纤槽对应。

5.根据权利要求4所述的半导体激光器数值孔径自动测试设备，其特征在于，所述夹持机构还包括安装在所述位移台上的延伸块，所述承纤座通过所述延伸块安装在所述位移台上。

6.根据权利要求1所述的半导体激光器数值孔径自动测试设备，其特征在于，还包括安装在所述工作台上的水冷板。

7.根据权利要求6所述的半导体激光器数值孔径自动测试设备，其特征在于，还包括固定夹具，所述固定夹具包括安装在所述工作台上的支撑架、与所述支撑架滑动连接的引导块、连接所述支撑架的手柄组件、穿设在所述支撑架上的推杆、若干穿设在所述引导块上的导向柱、连接所述导向柱的压板、及套设在所述导向柱上的弹簧件；所述支撑架设置在所述水冷板的一侧；所述引导块与所述推杆的下端连接，所述手柄组件与所述推杆的上端连接；所述弹簧件设置在所述引导块与所述压板之间。

8.根据权利要求1所述的半导体激光器数值孔径自动测试设备，其特征在于，所述工作台上设有挡光箱，所述挡光箱包括若干相互连接的侧板、及翻盖；所述侧板竖直设置在所述工作台上，所述翻盖与其中一所述侧板连接；所述功率检测装置、所述光纤移动装置、及所述半导体激光器设置在所述挡光箱中。

9.根据权利要求8所述的半导体激光器数值孔径自动测试设备，其特征在于，还包括驱动电源、及控制所述驱动电源停止运行的急停开关；所述急停开关安装在所述侧板上。

10.根据权利要求1所述的半导体激光器数值孔径自动测试设备，其特征在于，还包括显示器，所述显示器与所述数据处理装置连接。