CN209513218U

CN209513218U - 半导体激光器综合性能测试系统

Info

Publication number: CN209513218U
Application number: CN201920204021.3U
Authority: CN
Inventors: 文少剑; 廖东升
Original assignee: Shenzhen JPT Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: Shenzhen JPT Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2019-10-18
Anticipated expiration: 2029-02-15

Abstract

一种半导体激光器综合性能测试系统，包括测试平台、光学模组、设置在测试平台上的功率检测组件、设置在测试平台上的光谱检测机构、及数据处理装置；光学模组包括设置在测试平台上的光学整形透镜、及与光学整形透镜对应的偏振分光器件；功率检测组件包括与偏振分光器件对应的第一功率计、第二功率计；第一功率计、第二功率计的功率检测值输出至数据处理装置；光谱检测机构包括设置在测试平台上的支架、连接支架的测试光纤、及连接测试光纤的光谱采集器；光谱采集器转换产生的光谱数据输出至数据处理装置；支架与光学模组对应设置；数据处理装置同时根据光谱数据而分析得出半导体激光器的波长特性，从而提高了对半导体激光器的测试效率。

Description

半导体激光器综合性能测试系统

技术领域

本实用新型涉及半导体激光器检测技术，特别是涉及一种半导体激光器综合性能测试系统。

背景技术

高功率半导体激光器由于其小体积、高效率、长寿命、大功率等诸多优点，被广泛应用于医疗、工业加工等许多领域。封装质量是半导体激光器质量的重要影响因素。芯片封装工艺作为激光器制作的重要工艺，是高功率半导体激光器应用的重要限制因素，其封装质量直接影响半导体激光器的功率、阈值电流、波长、和偏振态等输出特性，同时影响半导体激光器的可靠性和寿命。为确定半导体激光器芯片的封装质量，一般需要对半导体激光器芯片的输出特性进行测试；然而，现有的半导体激光器测试系统较为单一，只能对功率、波长、或偏振态进行单独测试，无法做到功率、波长、及偏振态的同时测试。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种可对半导体激光器输出的功率、波长、及偏振态同时测试的半导体激光器综合性能测试系统。

一种半导体激光器综合性能测试系统，包括：测试平台、设置在所述测试平台上的光学模组、设置在所述测试平台上的功率检测组件、设置在所述测试平台上的光谱检测机构、及数据处理装置；所述光学模组包括设置在所述测试平台上的光学整形透镜、及与所述光学整形透镜对应的偏振分光器件；所述功率检测组件包括与所述偏振分光器件对应的第一功率计、及与所述偏振分光器件对应的第二功率计；所述第一功率计、所述第二功率计的功率检测值输出至所述数据处理装置；所述光谱检测机构包括设置在所述测试平台上的支架、连接所述支架的测试光纤、及连接所述测试光纤的光谱采集器；所述光谱采集器转换产生的光谱数据输出至所述数据处理装置；所述支架与所述光学模组对应设置。

上述半导体激光器综合性能测试系统，通过光学模组对半导体激光器输出的激光进行聚焦及分光，偏振分光器件将激光的TE模光及TM模光分离，第一功率计接收TE模光，第二功率计接收TM模光，数据处理装置根据第一功率计、第二功率计的检测值，挡得出半导体激光器的输出功率及偏振态；在光学模组上发生散射的部分激光光线经测试光纤进入光谱采集器，数据处理装置同时根据光谱数据而分析得出半导体激光器的波长特性，从而提高了对半导体激光器的测试效率。

在其中一个实施例中，还包括温控组件，所述温控组件包括TEC温控器、及连接所述TEC温控器的制冷片；所述制冷片设置在所述测试平台上。

在其中一个实施例中，还包括芯片夹持机构，所述芯片夹持机构包括安装在所述测试平台上的下压治具、安装在所述下压治具上的芯片压板、安装在所述测试平台上的冷却支柱、安装在所述冷却支柱上的放置板、及设置在所述放置板上的导热底座；所述芯片压板与所述放置板对应设置；所述制冷片设置在所述放置板下侧。

在其中一个实施例中，所述芯片压板上穿设有电极棒；所述导热底座上设有与所述电极棒对应的电极片；所述导热底座上还设有卡块，所述卡块与所述电极片电连接。

在其中一个实施例中，还包括驱动电源，所述驱动电源的输出端连接至所述电极棒；所述数据处理装置控制所述驱动电源的输出电流值。

在其中一个实施例中，所述导热底座上设有限位片；所述限位片相对设置在所述导热底座表面的一侧，所述限位片之间的间隙与所述卡块对应设置。

在其中一个实施例中，所述光谱检测机构还包括滤光组件，所述滤光组件包括安装在所述支架上的固定壳、及安装在所述固定壳中的滤光片；所述测试光纤的输入端与所述滤光片对应设置。

在其中一个实施例中，还包括连接所述数据处理装置的显示器。

在其中一个实施例中，所述光学模组还包括安装在所述测试平台上的散热支柱，所述光学整形透镜及所述偏振分光器件安装在所述散热支柱上。

在其中一个实施例中，所述测试平台上设有挡光箱；所述光学模组、所述功率检测组件、及所述支架容置在所述挡光箱中。

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综合性能测试系统的立体示意图；

图2为图1所示的半导体激光器综合性能测试系统在另一角度的立体示意图；

图3为图1所示的半导体激光器综合性能测试系统的局部示意图；

图4为图3所示的半导体激光器综合性能测试系统的圆圈A处的放大图；

图5为图3中的芯片夹持机构的分解示意图；

图6为功率检测组件及光谱检测机构的测试原理图；

图7为半导体激光器综合性能测试系统的结构原理图。

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7，为本实用新型一较佳实施方式的半导体激光器综合性能测试系统100，用于对半导体激光器的功率、波长、及偏振态进行同时检测。该半导体激光器综合性能测试系统100包括测试平台20、设置在测试平台20上的光学模组30、设置在测试平台20上的功率检测组件40、设置在测试平台20上的光谱检测机构、及数据处理装置60；光学模组30包括设置在测试平台20上的光学整形透镜31、及与光学整形透镜31对应的偏振分光器件32；功率检测组件40包括与偏振分光器件32对应的第一功率计41、及与偏振分光器件32对应的第二功率计42；第一功率计41、第二功率计42的功率检测值输出至数据处理装置60；光谱检测机构包括设置在测试平台20上的支架51、连接支架51的测试光纤52、及连接测试光纤52的光谱采集器53；光谱采集器53转换产生的光谱数据输出至数据处理装置60；支架51与光学模组30对应设置。

通过光学模组30对半导体激光器输出的激光进行聚焦及分光，偏振分光器件32将激光的TE模光及TM模光分离，第一功率计41接收TE模光，第二功率计42接收TM模光，数据处理装置60根据第一功率计41、第二功率计42的检测值，处理得出半导体激光器的输出功率及偏振态；在光学模组30上发生散射的部分激光光线经测试光纤52进入光谱采集器53，从而提高了对半导体激光器的测试效率。

请参阅图4及图7，在其中一个实施方式中，为对半导体激光器芯片的温度进行有效控制，确保半导体激光器可在恒定温度下进行输出特性的测试，半导体激光器综合性能测试系统100还包括温控组件70，温控组件70包括TEC温控器72、及连接TEC温控器72的制冷片71；制冷片71设置在测试平台20上；通过将半导体激光器安装在制冷片71上，从而可利用制冷片71对半导体激光器的温度进行调节，令半导体激光器的温度保持稳定。

请参阅图3及图4，在其中一个实施方式中，为保证进行测试的半导体激光器与制冷片71之间的可靠热量传递，半导体激光器综合性能测试系统100还包括芯片夹持机构80，芯片夹持机构80包括安装在测试平台20上的下压治具81、安装在下压治具81上的芯片压板82、安装在测试平台20上的冷却支柱83、安装在冷却支柱83上的放置板84、及设置在放置板84上的导热底座85；芯片压板82与放置板84对应设置；制冷片71设置在放置板84下侧；具体地，在将半导体激光器安装到导热底座85中后，将导热底座85放置到放置板84上，通过扳动下压治具81上的手柄，芯片压板82下移并抵靠上导热底座85上，令导热底座85的底面可靠地贴合到放置板84上，从而保证半导体激光器的热量能可靠传递到制冷片71；进一步地，为使导热底座85能准确地与芯片压板82对应，放置板84上连接有限位条841，将导热底座85抵靠至限位条841后，可令导热底座85与芯片压板82可靠对应；为保证导热效果，导热底座85采用无氧铜材质，并进行镀金处理。

请参阅图5，在其中一个实施方式中，为向半导体激光器通入电流，芯片压板82上穿设有电极棒821；导热底座85上设有与电极棒821对应的电极片851；导热底座85上还设有卡块852，卡块852与电极片851电连接；具体地，卡块852将半导体激光器夹持在导热底座85上，同时实现电极片851与半导体激光器的电连接；当芯片压板82下移时，与电源连通的电极棒821的下端抵靠在电极片851表面，从而实现电极片851与电源的接通。

请参阅图1及图7，在其中一个实施方式中，为向半导体激光器输入恒定电流，半导体激光器综合性能测试系统100还包括驱动电源90，驱动电源90的输出端连接至电极棒821；数据处理装置60控制驱动电源90的输出电流值；由于驱动电源90的输出电流值由数据处理装置60控制，因而数据处理装置60从功率检测组件40、光谱检测机构获得功率、光谱测试数据后，能确定半导体激光器在同一输入电流下所对应的功率、偏振态、及波长。

请再次参阅图4及图5，在其中一个实施方式中，为使半导体激光器能安装到导热底座85上的预定位置，导热底座85上设有限位片853；限位片853相对设置在导热底座85表面的一侧，限位片853之间的间隙与卡块852对应设置；限位片853对半导体激光器安装在导热底座85上的位置进行限定，从而令卡块852能向半导体激光器准确通入电流，同时令半导体激光器的发光面能与光学整形透镜31准确对应。

请参阅图6，在其中一个实施方式中，为控制进入测试光纤52的激光光线强度，光谱检测机构还包括滤光组件54，滤光组件54包括安装在支架51上的固定壳541、及安装在固定壳541中的滤光片542；测试光纤52的输入端与滤光片542对应设置；通过滤光片542的过滤，从而避免因进入测试光纤52的激光光线强度过大而影响光谱检测效果。

请参阅图1及图7，在其中一个实施方式中，为显示出半导体激光器在同一输入电流下的相关输出特性曲线，半导体激光器综合性能测试系统100还包括连接数据处理装置60的显示器61；数据处理装置60将半导体激光器的功率值、偏振态、及波长等相关曲线通过显示器61输出。

请参阅图3，在其中一个实施方式中，由于光学模组30吸收了部分激光光线的能量，导致光学整形透镜31及偏振分光器件32发热，为减少发热影响，确保光学模组30正常工作，光学模组30还包括安装在测试平台20上的散热支柱33，光学整形透镜31及偏振分光器件32安装在散热支柱33上；散热支柱33通过金属导热的方式将光学模组30上的热量导出，从而降低光学模组30的温度，使光学整形透镜31及偏振分光器件32正常工作。进一步地，散热支柱33对光学模组30同时起到高度调节的作用，令光学整形透镜31、偏振分光器件32与芯片夹持机构80上的半导体激光器保持在同一水平面上。

请再次参阅图1，在其中一个实施方式中，为避免半导体激光器所产生的激光光线对测试人员或外部设备造成伤害，测试平台20上设有挡光箱21；光学模组30、功率检测组件40、及支架51容置在挡光箱21中。

请再次参阅图6，具体地，偏振分光器件32由PBS分光棱镜组成，半导体激光器所发出的激光经光学整形透镜31准直，半导体激光器所发出的激光光线中TM模光在偏振分光器件32中发生反射后被第一功率计41所接收，TE模光透射偏振分光器件32后被第二功率计42所接收；在测试过程中，第一功率计41接收到的功率强度记为P₁，第二功率计42接收到的功率强度记为P₂；根据器件参数，光学整形透镜31的光透过率为F，偏振分光器件32的光吸收率为K。

因此，可得出半导体激光器所发出的TM模光的功率P_TM为：

半导体激光器所发出的TE模光的功率P_TE为：

由式(1)及式(2)可得，半导体激光器所发出的总功率P_总为：

通过数据处理装置60调整驱动电源90向半导体激光器的输出电流值，数据处理装置60可通过显示器61显示出半导体激光器输出功率与输入电流之间的关系曲线图。

半导体激光器所发出的激光的偏振态为：

通过数据处理装置60调整驱动电源90向半导体激光器的输出电流值，数据处理装置60可通过显示器61显示出半导体激光器的偏振态与输入电流之间的关系曲线图。

半导体激光器所发出的部分激光光线经光学模组30散射后从测试光纤52进入至光谱采集器53，光谱采集器53内部通过棱镜或光栅对从测试光纤52输出的光线进行色散处理，光谱采集器53内部的图像采集元器件对光谱进行记录，并将光谱数据输出数据处理装置60，数据处理装置60输出的中心波长为同一电流下测得的光谱半高全宽中心位置所对应的波长；在其中一种实施方式中，数据处理装置60为电脑主机。

本实施例中，通过光学模组对半导体激光器输出的激光进行聚焦及分光，偏振分光器件将激光的TE模光及TM模光分离，第一功率计接收TE模光，第二功率计接收TM模光，数据处理装置根据第一功率计、第二功率计的检测值，挡得出半导体激光器的输出功率及偏振态；在光学模组上发生散射的部分激光光线经测试光纤进入光谱采集器，数据处理装置同时根据光谱数据而分析得出半导体激光器的波长特性，从而提高了对半导体激光器的测试效率。

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

1.一种半导体激光器综合性能测试系统，其特征在于，包括：测试平台、设置在所述测试平台上的光学模组、设置在所述测试平台上的功率检测组件、设置在所述测试平台上的光谱检测机构、及数据处理装置；所述光学模组包括设置在所述测试平台上的光学整形透镜、及与所述光学整形透镜对应的偏振分光器件；所述功率检测组件包括与所述偏振分光器件对应的第一功率计、及与所述偏振分光器件对应的第二功率计；所述第一功率计、所述第二功率计的功率检测值输出至所述数据处理装置；所述光谱检测机构包括设置在所述测试平台上的支架、连接所述支架的测试光纤、及连接所述测试光纤的光谱采集器；所述光谱采集器转换产生的光谱数据输出至所述数据处理装置；所述支架与所述光学模组对应设置。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器综合性能测试系统，其特征在于，还包括温控组件，所述温控组件包括TEC温控器、及连接所述TEC温控器的制冷片；所述制冷片设置在所述测试平台上。

3.根据权利要求2所述的半导体激光器综合性能测试系统，其特征在于，还包括芯片夹持机构，所述芯片夹持机构包括安装在所述测试平台上的下压治具、安装在所述下压治具上的芯片压板、安装在所述测试平台上的冷却支柱、安装在所述冷却支柱上的放置板、及设置在所述放置板上的导热底座；所述芯片压板与所述放置板对应设置；所述制冷片设置在所述放置板下侧。

4.根据权利要求3所述的半导体激光器综合性能测试系统，其特征在于，所述芯片压板上穿设有电极棒；所述导热底座上设有与所述电极棒对应的电极片；所述导热底座上还设有卡块，所述卡块与所述电极片电连接。

5.根据权利要求4所述的半导体激光器综合性能测试系统，其特征在于，还包括驱动电源，所述驱动电源的输出端连接至所述电极棒；所述数据处理装置控制所述驱动电源的输出电流值。

6.根据权利要求4所述的半导体激光器综合性能测试系统，其特征在于，所述导热底座上设有限位片；所述限位片相对设置在所述导热底座表面的一侧，所述限位片之间的间隙与所述卡块对应设置。

7.根据权利要求1所述的半导体激光器综合性能测试系统，其特征在于，所述光谱检测机构还包括滤光组件，所述滤光组件包括安装在所述支架上的固定壳、及安装在所述固定壳中的滤光片；所述测试光纤的输入端与所述滤光片对应设置。

8.根据权利要求1所述的半导体激光器综合性能测试系统，其特征在于，还包括连接所述数据处理装置的显示器。

9.根据权利要求1所述的半导体激光器综合性能测试系统，其特征在于，所述光学模组还包括安装在所述测试平台上的散热支柱，所述光学整形透镜及所述偏振分光器件安装在所述散热支柱上。

10.根据权利要求1所述的半导体激光器综合性能测试系统，其特征在于，所述测试平台上设有挡光箱；所述光学模组、所述功率检测组件、及所述支架容置在所述挡光箱中。