專利名稱：一種三維激光器光束特性測試裝置及測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光器測試領(lǐng)域，涉及一種半導(dǎo)體激光器三維光束特性測試裝置及測試方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器由于具有體積小、重量輕、直接采用電驅(qū)動、電光轉(zhuǎn)換效率高、壽命長等優(yōu)點，在工業(yè)加工、激光醫(yī)療、激光顯示、激光測距、激光雷達(dá)、激光制導(dǎo)等領(lǐng)域獲得了越來越為廣泛的應(yīng)用。但是半導(dǎo)體激光器由于其特殊的有源區(qū)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，快軸發(fā)散角比較大，而且快慢軸光束不對稱，導(dǎo)致其輸出光束的質(zhì)量比較差，因此半導(dǎo)體激光器的光束質(zhì)量成為制約其應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸之一。研究改進(jìn)半導(dǎo)體激光器的光束質(zhì)量，必須準(zhǔn)確獲取其快慢軸發(fā)散角、束腰半徑等信息，因此對半導(dǎo)體激光器光束特性的測量就越來越為人們所關(guān)注。多年來，人們提出了多種測試半導(dǎo)體發(fā)散角的方法。其中常用的測試方法有 (I)直接測量法直接測量法主要包括兩種a)垂直定距測量法(半導(dǎo)體激光器參數(shù)測量裝置[200510115043]專利)。即保持激光器發(fā)光點與激光探測垂直距離為一固定值，以水平運動的方式，將激光探測器以垂直于激光器發(fā)光軸線的垂直平面移動至激光器發(fā)光范圍區(qū)域，測量不同位置處的激光器光功率，達(dá)到光束特性測試的目的。但是這種方法測試指向比較單一，各測試點參考位置相對與半導(dǎo)體激光器發(fā)光點的絕對位置不同，導(dǎo)致各點測試誤差比較大。b) CXD測量法(激光光束發(fā)散角測試方法
專利)。距半導(dǎo)體激光器發(fā)光點一定距離處設(shè)置CCD攝像機(jī)，CCD攝像機(jī)鏡頭接收中心與半導(dǎo)體激光器發(fā)光點保持同心，在半導(dǎo)體激光器發(fā)光后，通過圖形采集的方式得到半導(dǎo)體激光器發(fā)光的區(qū)域。這種方法能夠直觀的測量出半導(dǎo)體激光器的發(fā)光區(qū)域，但是受到CCD本身尺寸與成本的限制，只適用于測量較小功率的半導(dǎo)體激光器光束特性參數(shù)。(2)間接測量法(基于單片機(jī)的激光光束特性光斑直接測量系統(tǒng)，《光電技術(shù)應(yīng)用》2004-10)。即被檢測激光在一定距離照射漫反射靶板，同時觸發(fā)信號送GPS時統(tǒng)，以記錄激光脈沖發(fā)射時刻。光電探測器接收脈沖激光信號，經(jīng)測頻、延時后向圖像攝取設(shè)備(CCD攝像機(jī)或熱像儀)發(fā)出觸發(fā)信號，使其記錄激光光斑圖像。記錄完畢后由專用軟件對各幀圖像進(jìn)行處理得到各脈沖的光束特性光斑參數(shù)。這種方法適用于測量較大功率半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品，但是探測器響應(yīng)時間較長，達(dá)IO5量級，對極端脈沖激光探測(如IOns)效率低，實時性較差，測量精度也不高。目前現(xiàn)有的光束特性測量方法及裝置在應(yīng)用過程中均存在一定的局限性，例如測量精度差、測試耗時較長、僅適用于小功率半導(dǎo)體激光器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提出一種簡便實用的三維半導(dǎo)體激光器光束特性測試裝置及測試方法，采用該測試裝置能夠得到整個半導(dǎo)體激光器光束特性實時曲線，并直觀地描述半導(dǎo)體激光器的光束特性，從而實現(xiàn)對半導(dǎo)體激光器的空間光束特性參數(shù)的測量。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種三維激光器光束特性測試裝置，其特殊之處在于包括半球形光束接收裝置；半導(dǎo)體激光器的輸出端位于該半球形光束接收裝置的球心，半球形光束接收裝置面向半導(dǎo)體激光器分布有多個微型光接收器，各個微型光接收器分別接有微型探測器。基于上述基本技術(shù)方案，本發(fā)明還做了如下優(yōu)化限定和改進(jìn)上述多個微型光接收器均勻分布，各個微型光接收器與半導(dǎo)體激光器的輸出端之間的距離相等。
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上述微型光接收器可以為光纖、光波導(dǎo)等器件；上述微型探測器可以采用光電二·極管、光電倍增管等光電轉(zhuǎn)換器件。上述三維激光器光束特性測試裝置的測試精度與微型光接收器及微型探測器的數(shù)目有關(guān)。微型光接收器及微型探測器的數(shù)量越大，測試結(jié)果越精確。本發(fā)明采用上述測試裝置實現(xiàn)三維激光器光束特性測試的方法如下I)半導(dǎo)體激光器的位置保持固定，測量、記錄半球形光束接收裝置上每個微型光接收器的光強(qiáng)，得到所有微型光接收器對應(yīng)的光強(qiáng)數(shù)據(jù)；2)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，獲得表征半導(dǎo)體激光器光束特性的信息(空間光強(qiáng)分布、快軸發(fā)散角、慢軸發(fā)散角等)。本發(fā)明具有以下有益效果I)本發(fā)明的測試方法能夠精確測量半導(dǎo)體激光器在三維空間的光束特性參數(shù)；2)該方法由于采用了直接測量的方式，具有較高的精度與可靠性；3)本發(fā)明在激光器功率探測的過程中，能夠保持半導(dǎo)體激光器發(fā)光點與探測器之間的絕對距離不變，等距的測量半導(dǎo)體激光器發(fā)光點光束特性各點處的光強(qiáng)信息。4)本發(fā)明涉及的裝置均具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便快捷的特點。


圖I是本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器半球形光束特性測試裝置示意圖；圖2是本發(fā)明測試方案的示意圖；圖3是利用本發(fā)明所測的單管半導(dǎo)體激光器在快慢軸方向的光束分布，其中a為快軸光束分布、b為慢軸光束分布。其中1為微型光接收器(模塊)，2為光纖，3半球形光束接收裝置中的探測器，4為半球形光束接收裝置，5為半導(dǎo)體激光器。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。本發(fā)明的三維激光器光束特性測試裝置，包括半球形光束接收裝置；半導(dǎo)體激光器的輸出端位于該半球形光束接收裝置的球心，半球形光束接收裝置面向半導(dǎo)體激光器分布有多個微型光接收器，多個微型光接收器均勻分布，各個微型光接收器與半導(dǎo)體激光器的輸出端之間的距離相等，各個微型光接收器分別接有光探測器。本發(fā)明的測試方案，如圖2所示I)將半導(dǎo)體激光器5置于半球形光束接收裝置4球心附近；2)進(jìn)行測量，記錄半球形光束接收裝置4上每個微型光接收器的光強(qiáng)。3)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，獲得半導(dǎo)體激光器空間光強(qiáng)分布、快軸發(fā)散角、慢軸發(fā)散角等信息。采用本發(fā)明的測試方案在I. 8A下測量了單管半導(dǎo)體激光器在快慢軸方向的光束分布，如圖3所示。需要說明的是，將半導(dǎo)體激光器置于半球形光束接收裝置球心只是本發(fā)明的較佳實施例，只要能夠覆蓋半導(dǎo)體激光器出射光束的發(fā)散角，均是可行的；由于滿足該條件的位置通常即位于球心附近，因此，應(yīng)當(dāng)視作上述實施例的等同，屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。·本發(fā)明如上所述的方案是基于半球形光束接收裝置。但本發(fā)明也可采用l/2n球形光束接收裝置(η > 2)，在實際測量過程中需要旋轉(zhuǎn)1/2η球形光束接收裝置，重復(fù)如前所述的測試方案η次，即可以得到與半球形光束接收裝置相同的結(jié)果。綜上所述，本發(fā)明的三維激光器光束特性測試裝置及測試方法不僅很好的解決了傳統(tǒng)光束特性測試方法缺點，并且物理實現(xiàn)較為簡單，光束特性參數(shù)描述全面，具備良好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種三維激光器光束特性測試裝置，其特征在于包括半球形光束接收裝置；半導(dǎo)體激光器的輸出端位于該半球形光束接收裝置的球心，半球形光束接收裝置面向半導(dǎo)體激光器分布有多個微型光接收器，各個微型光接收器分別接有微型探測器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測試裝置，其特征在于所述多個微型光接收器均勻分布，各個微型光接收器與半導(dǎo)體激光器的輸出端之間的距離相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測試裝置，其特征在于所述微型光接收器為光纖或光波導(dǎo)；微型探測器采用光電二極管或光電倍增管。
4.采用如權(quán)利要求I所述測試裝置實現(xiàn)三維激光器光束特性測試的方法，包括以下步驟 1)半導(dǎo)體激光器的位置保持固定，測量、記錄半球形光束接收裝置上每個微型光接收·器的光強(qiáng)，得到所有微型光接收器對應(yīng)于不同旋轉(zhuǎn)角度的光強(qiáng)數(shù)據(jù)； 2)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，獲得表征激光器光束特性的信息。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種三維激光器光束特性測試裝置及測試方法，該測試裝置包括包括半球形光束接收裝置；半導(dǎo)體激光器的輸出端位于該半球形光束接收裝置的球心，半球形光束接收裝置面向半導(dǎo)體激光器分布有多個微型光接收器，各個微型光接收器分別接有微型探測器。本發(fā)明在激光器功率探測的過程中，能夠保持半導(dǎo)體激光器發(fā)光點與探測器之間的絕對距離不變，等距的測量半導(dǎo)體激光器發(fā)光點光束特性各點處的光強(qiáng)信息。
文檔編號G01M11/02GK102901619SQ20121038107
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月10日
發(fā)明者張普, 劉興勝, 吳迪, 宗恒軍 申請人:西安炬光科技有限公司