基于LabVIEW的半導(dǎo)體激光器測(cè)試系統(tǒng)

代華斌 秦占陽(yáng) 王亞磊

摘 要：隨著我國(guó)半導(dǎo)體激光器制造技術(shù)的逐漸成熟，激光器性能批量測(cè)試的需求也逐步提上日程。如何將國(guó)標(biāo)半導(dǎo)體激光器測(cè)試方法中所涉及的測(cè)試內(nèi)容進(jìn)行軟硬件實(shí)現(xiàn)，成為一家激光器制造企業(yè)所面臨的切實(shí)需求。本文基于廣東粵港澳大灣區(qū)硬科技創(chuàng)新研究院半導(dǎo)體激光器制造過(guò)程中的需求，提出了一整套用于半導(dǎo)體激光器自動(dòng)測(cè)試的系統(tǒng)，并進(jìn)行了軟件及硬件實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)嚴(yán)格參照GB-T 31359—2015半導(dǎo)體激光器測(cè)試方法，在完成半導(dǎo)體激光器PIV測(cè)試及光譜測(cè)試相關(guān)性能的同時(shí)，整機(jī)測(cè)試節(jié)拍可達(dá)30 s/個(gè)，實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體激光器測(cè)試系統(tǒng)的自動(dòng)化。

關(guān)鍵詞：PIV測(cè)試；光譜測(cè)試；閾值電流；峰值功率

基金項(xiàng)目：廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（科技創(chuàng)新平臺(tái)類(lèi)）高水平創(chuàng)新研究院（2019B090909010）

隨著我國(guó)半導(dǎo)體激光器制造技術(shù)的逐漸成熟，有關(guān)半導(dǎo)體激光器的測(cè)試的方法逐步完善，國(guó)標(biāo)GB-31359-2015[1]的發(fā)布，為半導(dǎo)體激光器的測(cè)試提供了指導(dǎo)性的原則。本文參照國(guó)標(biāo)GB-31359—2015所規(guī)定的半導(dǎo)體激光器測(cè)試規(guī)范，提取部分測(cè)試參數(shù)，表征激光器產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)特性。本文將激光器測(cè)試項(xiàng)目分為2類(lèi)，即激光器的PIV特性（包括輸出光功率、平均功率、峰值功率、工作電流、工作電壓、閾值電流、斜率效率、光電轉(zhuǎn)換效率）以及光譜特性（包括峰值波長(zhǎng)、譜寬度、中心波長(zhǎng)），測(cè)試系統(tǒng)采用LabVIEW軟件編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)試，在測(cè)試完成后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試報(bào)表，為批量生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 PIV特性測(cè)試

半導(dǎo)體激光器的PIV測(cè)試是指在激光器加電過(guò)程中，對(duì)其功率、電流、電壓曲線進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試，同時(shí)對(duì)激光器的一些關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。這些指標(biāo)包括如下。

1.1 功率測(cè)試[2]

功率測(cè)試包括輸出光功率測(cè)試、平均功率測(cè)試及峰值功率測(cè)試，其測(cè)試裝置組成如圖1所示。

其中，1為半導(dǎo)體激光器；2為驅(qū)動(dòng)電源，3為光束整形器（適用時(shí)）；4為衰減器（適用時(shí)）；5為光閘（適用時(shí)）；6為激光能量計(jì)或功率計(jì)。

2.2 譜寬度

譜寬度指將激光器施加電流到恒定值時(shí)，根據(jù)光譜強(qiáng)度與波長(zhǎng)所得到的分布曲線，找到最大光譜強(qiáng)度50%所對(duì)應(yīng)的最大光譜間隔，如圖5所示。

3 測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本文采用LabVIEW編程對(duì)測(cè)試進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，具體包含硬件平臺(tái)搭建與軟件實(shí)現(xiàn)兩部分。

3.1 硬件平臺(tái)搭建

本文所述系統(tǒng)采用積分球作為激光功率及光譜信息收集設(shè)備，采用光功率探測(cè)器PD100以及光譜分析儀USB2000分別進(jìn)行光功率及光譜信號(hào)的收集。這樣做的好處在于，對(duì)于大功率半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品而言，積分球可以有效降低探測(cè)位置側(cè)的功率，使得探測(cè)器所承受的能量值大為降低，同時(shí)提高整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)試量程。

由于半導(dǎo)體激光器在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，一般采用冷水機(jī)設(shè)定溫度進(jìn)行產(chǎn)品制冷。[3]在完成測(cè)試后，對(duì)殘留在產(chǎn)品中的水進(jìn)行吹氣排水處理。為提高測(cè)試產(chǎn)品的自動(dòng)化程度，將系統(tǒng)在功能上分為產(chǎn)品裝卸產(chǎn)品位置與測(cè)試位置，首先，在產(chǎn)品裝卸位置采用氣缸對(duì)激光器進(jìn)行自動(dòng)夾持，開(kāi)啟水路制冷，然后采用高精度絲杠帶動(dòng)產(chǎn)品進(jìn)入測(cè)試位置開(kāi)始自動(dòng)測(cè)試。測(cè)試完成后，系統(tǒng)將自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)表，并回到初始裝卸位置，進(jìn)行吹氣排水處理，待下一個(gè)產(chǎn)品的測(cè)試。系統(tǒng)硬件原理框圖如圖7所示。

從圖中可以看出，安裝在積分球上的功率探頭及光譜光纖可以對(duì)激光器工作的全過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)，數(shù)據(jù)通過(guò)工控機(jī)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集處理，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

3.2 測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體激光器測(cè)試系統(tǒng)軟件采用LabVIEW進(jìn)行編程，其測(cè)試系統(tǒng)主界面如圖8所示。

該系統(tǒng)軟件分為PIV測(cè)試及光譜測(cè)試兩部分，系統(tǒng)可以對(duì)激光器加電過(guò)程中的特性進(jìn)行實(shí)時(shí)曲線記錄，同時(shí)給出各測(cè)量值的測(cè)試結(jié)果。在系統(tǒng)測(cè)試完成后，系統(tǒng)自動(dòng)形成報(bào)表，如圖9所示。

本系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)平臺(tái)搭建系統(tǒng)，如圖10所示，可以實(shí)現(xiàn)不同封裝形式的模塊化切換，整個(gè)系統(tǒng)測(cè)試節(jié)拍為30 s/個(gè)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)GB-31359—2015半導(dǎo)體激光器測(cè)試方法系統(tǒng)化解讀，選擇其中部分關(guān)鍵性指標(biāo)，對(duì)半導(dǎo)體激光器的全過(guò)程測(cè)試進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)能夠?qū)Π雽?dǎo)體激光器相關(guān)性能進(jìn)行快速測(cè)試并提供數(shù)據(jù)報(bào)表，為企業(yè)批量生產(chǎn)提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T31359—2015 半導(dǎo)體激光器測(cè)試方法[S]. http：//www.doc88.com/p-1718601765856.html.

[2] 范賢光，孫和義，唐文彥，等.連續(xù)半導(dǎo)體激光器LIV特性測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].激光與紅外，2007（2）：167-169.

[3] 項(xiàng)勤建，劉爽.一種半導(dǎo)體激光器參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].光電器件， 2009（9）：374-376.