專利名稱：半導(dǎo)體激光器動(dòng)態(tài)光譜測(cè)試方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器用動(dòng)態(tài)光譜測(cè)試方法及裝置，特別是用于半導(dǎo)體激光器的老化試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)器件的可靠性測(cè)試與評(píng)價(jià)。
背景技術(shù)：
為新一代信息化裝備關(guān)鍵元件的半導(dǎo)體激光器，其質(zhì)量和可靠性指標(biāo)是保證應(yīng)用系統(tǒng)長(zhǎng)壽命、高可靠、高安全工作的關(guān)鍵因素。通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體激光器可靠性的測(cè)試可以預(yù)測(cè)器件在正常工作條件下的壽命；檢驗(yàn)器件的制作工藝；在較短時(shí)間內(nèi)暴露器件的失效類型及形式，便于對(duì)失效機(jī)理進(jìn)行研究，找出失效原因，淘汰早期失效產(chǎn)品；測(cè)定器件的極限使用條件。電老化的方法就是在一定電流下觀察器件在老化期間輸出功率的變化，或在一定的輸出功率下觀察電老化期間驅(qū)動(dòng)電流的增長(zhǎng)。目前，用于半導(dǎo)體激光器可靠性評(píng)估的電老化方法可分為2種，一種是短時(shí)間加速老化，用于器件篩選；另一種是高應(yīng)力加速老化用于壽命評(píng)估。后一種情況時(shí)通常增加老化實(shí)驗(yàn)的溫度，一般從25度增加到80度。半導(dǎo)體激光器的光譜特性是反映器件內(nèi)在質(zhì)量的重要信息，因而在半導(dǎo)體激光器老化試驗(yàn)中光譜特性測(cè)試是其非常重要的一部分。傳統(tǒng)的測(cè)試方案主要采用單色儀、光譜儀和波長(zhǎng)計(jì)來(lái)進(jìn)行解調(diào)，但是這些方案的測(cè)試設(shè)備都有體積大、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。特別是在半導(dǎo)體激光器腔面退化的監(jiān)測(cè)過(guò)程中，由于腔面退化失效時(shí)間很短，需要對(duì)半導(dǎo)體激光器的光譜變化進(jìn)行快速、實(shí)時(shí)測(cè)量。作為一種新的光纖傳感技術(shù)，光纖光柵傳感器只有一根光纖，敏感元件(光柵)制作在纖芯中，從尺寸小和重量輕的優(yōu)點(diǎn)來(lái)講，幾乎沒(méi)有其他傳感器可以與之相比；同時(shí)，作為在光纖光柵的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種波長(zhǎng)調(diào)制型光學(xué)傳感器，光纖光柵傳感器不僅繼承了普通光纖傳感器的許多優(yōu)點(diǎn)如不受電磁干擾、靈敏度高、響應(yīng)速度快、動(dòng)態(tài)范圍寬、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、使用靈活、成本低、抗腐蝕、耐高溫等；此外，光纖光柵傳感器還有一些明顯優(yōu)于普通光纖傳感器的特點(diǎn)如波長(zhǎng)編碼、便于復(fù)用，且便于組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，易于引入綜合處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行集中處理等。因此，光纖光柵傳感技術(shù)非常適合于半導(dǎo)體激光器光譜變化的實(shí)時(shí)測(cè)量。本發(fā)明提出一種采用動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)解調(diào)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)光譜特性的動(dòng)態(tài)快速測(cè)量，該方法采用長(zhǎng)周期光纖光柵作為波長(zhǎng)的解調(diào)裝置，同時(shí)利用溫度作為光柵布拉格波長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)參數(shù)，根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量的光強(qiáng)大小來(lái)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器光譜特性的動(dòng)態(tài)快速測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明實(shí)施例提供一種采用寬譜寬的長(zhǎng)周期光纖光柵來(lái)實(shí)現(xiàn)的半導(dǎo)體激光器動(dòng)態(tài)光譜特性測(cè)量方法及裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)。一種半導(dǎo)體光源動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)試方法，包括如下步驟
利用具有特定的發(fā)射光譜的半導(dǎo)體光源產(chǎn)生發(fā)射光；利用耦合元件耦合所述發(fā)射光，所述半導(dǎo)體光源的所述發(fā)射光被饋送到至少一個(gè)測(cè)量傳感器，所述測(cè)量傳感器具有特定的透射光譜，其所輸出的透射光的光強(qiáng)由所述發(fā)射光譜和所述透射光譜的關(guān)系決定；利用探測(cè)設(shè)備測(cè)量所述透射光的光強(qiáng)；利用分析設(shè)備對(duì)所述探測(cè)設(shè)備的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，得到所述半導(dǎo)體光源的狀態(tài)參數(shù)。優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體光源是半導(dǎo)體激光器。優(yōu)選地，所述測(cè)量傳感器是長(zhǎng)周期光纖光柵，所述透射光譜由所述長(zhǎng)周期光纖光柵的溫度決定。優(yōu)選地，所述透射光的光強(qiáng)在所述發(fā)射光譜的中心波長(zhǎng)與所述透射光譜的中心波長(zhǎng)匹配時(shí)達(dá)到最大值。優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體光源的狀態(tài)參數(shù)包括所述發(fā)射光的光譜。另外，本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體光源動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)試裝置，包括具有特定的發(fā)射光譜的半導(dǎo)體光源，其能夠產(chǎn)生發(fā)射光；耦合元件，其用于耦合所述發(fā)射光；至少一個(gè)測(cè)量傳感器，其能夠接受被所述耦合元件饋送的所述半導(dǎo)體光源的所述發(fā)射光，所述測(cè)量傳感器具有特定的透射光譜，其所輸出的透射光的光強(qiáng)由所述發(fā)射光譜和所述透射光譜的關(guān)系決定；探測(cè)設(shè)備，其用于測(cè)量所述透射光的光強(qiáng)；分析設(shè)備，其對(duì)所述探測(cè)設(shè)備的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，得到所述半導(dǎo)體光源的狀態(tài)參數(shù)。優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體光源是半導(dǎo)體激光器。優(yōu)選地，所述測(cè)量傳感器是長(zhǎng)周期光纖光柵，所述透射光譜由所述長(zhǎng)周期光纖光柵的溫度決定；所述裝置還包括溫度控制設(shè)備，用于控制所述透射光譜。優(yōu)選地，所述透射光的光強(qiáng)在所述發(fā)射光譜的中心波長(zhǎng)與所述透射光譜的中心波長(zhǎng)匹配時(shí)達(dá)到最大值。優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體光源的狀態(tài)參數(shù)包括所述發(fā)射光的光譜。本發(fā)明的方法和裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、價(jià)格低廉和容易擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)


圖1是本發(fā)明動(dòng)態(tài)測(cè)量方法的示意圖。圖2是本發(fā)明的測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式光譜動(dòng)態(tài)測(cè)量原理如圖1所示。當(dāng)半導(dǎo)體激光器的輸出光通過(guò)耦合器進(jìn)入到長(zhǎng)周期光纖光柵后，光柵透射出的光進(jìn)入探測(cè)器，探測(cè)器的輸出與光纖光柵的透射中心波長(zhǎng)與半導(dǎo)體激光器中心波長(zhǎng)的匹配程度相關(guān)，當(dāng)其透射中心波長(zhǎng)與半導(dǎo)體激光器中心波長(zhǎng)匹配時(shí)，探測(cè)器的輸出最大。本發(fā)明利用長(zhǎng)周期光纖光柵作為波長(zhǎng)的解調(diào)裝置，利用恒溫控制平臺(tái)保證光纖光柵不受外部環(huán)境的影響，即其透射譜形狀與位置為固定不變，因此當(dāng)半導(dǎo)體激光器中心波長(zhǎng)發(fā)生變化時(shí)，探測(cè)器的輸出也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，記錄此時(shí)輸出信號(hào)的大小，根據(jù)探測(cè)器的輸出便可得到被測(cè)波長(zhǎng)的大小。在本發(fā)明中，光纖光柵透射譜的上升沿與下降沿均可作為測(cè)量用。根據(jù)基于長(zhǎng)周期光柵的動(dòng)態(tài)光譜測(cè)量方法，構(gòu)建的測(cè)量系統(tǒng)如圖2所示。參見(jiàn)圖2所示，本發(fā)明的動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)包括有耦合器、長(zhǎng)周期光纖光柵、溫度控制平臺(tái)、探測(cè)器PD、溫度控制電路、adc模塊和dac模塊、微控制器和計(jì)算機(jī)。半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光經(jīng)耦合器后分別進(jìn)入兩路光纖光柵中，投射的光經(jīng)探測(cè)器 PD后轉(zhuǎn)化為光電流，再經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換電路后輸入至adc模塊，微控制器對(duì)采集的光信號(hào)大小進(jìn)行判斷，根據(jù)標(biāo)定曲線計(jì)算出此時(shí)的波長(zhǎng)大小，計(jì)算數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)畫出曲線。為了保證測(cè)試的靈敏性，需要將初始測(cè)量點(diǎn)調(diào)整到投射譜曲線的上升沿或下降沿的中心位置，此時(shí)探測(cè)器輸出調(diào)整到最大輸出的一半。而這種初始點(diǎn)的調(diào)整通過(guò)改變溫度控制平臺(tái)的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于長(zhǎng)周期光柵而言，其透射譜的中心波長(zhǎng)與溫度的變化關(guān)系大約是0. Inm/度，因此調(diào)整光纖光柵所在溫度平臺(tái)的溫度很容易實(shí)現(xiàn)這種調(diào)整。(一 )耦合器在本發(fā)明中，耦合器為普通的單模耦合器即可，其只是起到一般的分光作用，從事實(shí)現(xiàn)多路的測(cè)量。( 二 )光纖光柵在本發(fā)明中，選擇長(zhǎng)周期光柵作為測(cè)量傳感器，透射強(qiáng)度根據(jù)具體情況可以選擇 0 90%、光柵3dB帶寬根據(jù)具體情況可以選擇為5 30nm ；對(duì)于諧振峰波長(zhǎng)，在施加溫度情況下，可以實(shí)現(xiàn)士5nm的調(diào)節(jié)。(三)探測(cè)器及處理電路在本發(fā)明中，探測(cè)器PD用于實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，選擇一般的PIN光電二極管即可。由于探測(cè)器輸出的信號(hào)為光生電流，所以還需要后續(xù)的I/V處理電路。該處理電路需要采用高速高阻抗輸入的運(yùn)放，比如ad8066。(四)溫度控制平臺(tái)與溫度控制電路在本發(fā)明中，溫度控制平臺(tái)用于實(shí)現(xiàn)光纖光柵傳感器的透射譜中心波長(zhǎng)的調(diào)整。 為了保證測(cè)試的靈敏性，需要將半導(dǎo)體激光器波長(zhǎng)的初始測(cè)量點(diǎn)調(diào)整到投射譜曲線的上升沿或下降沿的中心位置，此時(shí)探測(cè)器輸出調(diào)整到最大輸出的一半。而這種初始點(diǎn)的調(diào)整通過(guò)改變溫度控制平臺(tái)的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于長(zhǎng)周期光柵而言，其透射譜的中心波長(zhǎng)與溫度的變化關(guān)系大約是0. Inm/度，因此調(diào)整光纖光柵所在溫度平臺(tái)的溫度很容易實(shí)現(xiàn)這種調(diào)整。在本發(fā)明中，溫度控制平臺(tái)采用熱電制冷器作為控制元件，溫度調(diào)整范圍為 (_45°C +70°C )。溫度控制電路采用PID控制，控制精度為0. 1度。(五)微控制器部分微控制器部分主要實(shí)現(xiàn)三個(gè)功能(1)A/D、D/A的轉(zhuǎn)換控制；(2)波長(zhǎng)大小的解調(diào)；(3)與上位機(jī)的通信。微控制器采用單片機(jī)、FPGA或DSP均可。(六)計(jì)算機(jī)部分計(jì)算機(jī)部分主要實(shí)現(xiàn)對(duì)波長(zhǎng)數(shù)據(jù)的采集，圖形化顯示波長(zhǎng)與溫度和時(shí)間的關(guān)系。 該部分程序采用LABVIEW編程實(shí)現(xiàn)，或采用其他語(yǔ)言。以上所述僅為本發(fā)明的幾種具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用于對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和發(fā)明構(gòu)思做說(shuō)明而非限制本發(fā)明的權(quán)利要求范圍。凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員在本專利的發(fā)明構(gòu)思基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，通過(guò)邏輯分析、推理或有限實(shí)驗(yàn)可以得到的其他技術(shù)方案， 也應(yīng)該被認(rèn)為落在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體光源動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)試方法，其特征在于包括如下步驟 利用具有特定的發(fā)射光譜的半導(dǎo)體光源產(chǎn)生發(fā)射光；利用耦合元件耦合所述發(fā)射光，所述半導(dǎo)體光源的所述發(fā)射光被饋送到至少一個(gè)測(cè)量傳感器，所述測(cè)量傳感器具有特定的透射光譜，其所輸出的透射光的光強(qiáng)由所述發(fā)射光譜和所述透射光譜的關(guān)系決定；利用探測(cè)設(shè)備測(cè)量所述透射光的光強(qiáng)；利用分析設(shè)備對(duì)所述探測(cè)設(shè)備的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，得到所述半導(dǎo)體光源的狀態(tài)參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體光源是半導(dǎo)體激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述測(cè)量傳感器是長(zhǎng)周期光纖光柵，所述透射光譜由所述長(zhǎng)周期光纖光柵的溫度決定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述透射光的光強(qiáng)在所述發(fā)射光譜的中心波長(zhǎng)與所述透射光譜的中心波長(zhǎng)匹配時(shí)達(dá)到最大值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體光源的狀態(tài)參數(shù)包括所述發(fā)射光的光譜。
6.一種半導(dǎo)體光源動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)試裝置，包括 具有特定的發(fā)射光譜的半導(dǎo)體光源，其能夠產(chǎn)生發(fā)射光； 耦合元件，其用于耦合所述發(fā)射光；至少一個(gè)測(cè)量傳感器，其能夠接受被所述耦合元件饋送的所述半導(dǎo)體光源的所述發(fā)射光，所述測(cè)量傳感器具有特定的透射光譜，其所輸出的透射光的光強(qiáng)由所述發(fā)射光譜和所述透射光譜的關(guān)系決定；探測(cè)設(shè)備，其用于測(cè)量所述透射光的光強(qiáng)；分析設(shè)備，其對(duì)所述探測(cè)設(shè)備的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，得到所述半導(dǎo)體光源的狀態(tài)參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體光源是半導(dǎo)體激光器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述測(cè)量傳感器是長(zhǎng)周期光纖光柵，所述透射光譜由所述長(zhǎng)周期光纖光柵的溫度決定；所述裝置還包括溫度控制設(shè)備，用于控制所述透射光譜。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8之一所述的裝置，其特征在于，所述透射光的光強(qiáng)在所述發(fā)射光譜的中心波長(zhǎng)與所述透射光譜的中心波長(zhǎng)匹配時(shí)達(dá)到最大值。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-8之一所述的裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體光源的狀態(tài)參數(shù)包括所述發(fā)射光的光譜。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種半導(dǎo)體激光器動(dòng)態(tài)光譜測(cè)試方法及裝置，采用動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)解調(diào)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)光譜特性的動(dòng)態(tài)快速測(cè)量，采用長(zhǎng)周期光纖光柵作為波長(zhǎng)的解調(diào)裝置，同時(shí)利用溫度作為光柵布拉格波長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)參數(shù)，根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量的光強(qiáng)大小來(lái)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器光譜特性的動(dòng)態(tài)快速測(cè)量。
文檔編號(hào)G01M11/02GK102353524SQ20111017458
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
發(fā)明者張茂松, 朱煒, 蔣晶 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)