基于LabVIEW的半導(dǎo)體激光器測試系統(tǒng)

代華斌 秦占陽 王亞磊

摘 要：隨著我國半導(dǎo)體激光器制造技術(shù)的逐漸成熟，激光器性能批量測試的需求也逐步提上日程。如何將國標(biāo)半導(dǎo)體激光器測試方法中所涉及的測試內(nèi)容進(jìn)行軟硬件實現(xiàn)，成為一家激光器制造企業(yè)所面臨的切實需求。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)體激光器制造過程中的需求，提出了一整套用于半導(dǎo)體激光器自動測試的系統(tǒng)，并進(jìn)行了軟件及硬件實現(xiàn)。該系統(tǒng)嚴(yán)格參照GB-T 31359—2015半導(dǎo)體激光器測試方法，在完成半導(dǎo)體激光器PIV測試及光譜測試相關(guān)性能的同時，整機測試節(jié)拍可達(dá)30 s/個，實現(xiàn)了半導(dǎo)體激光器測試系統(tǒng)的自動化。

關(guān)鍵詞：PIV測試；光譜測試；閾值電流；峰值功率

基金項目：廣東省科技計劃項目（科技創(chuàng)新平臺類）高水平創(chuàng)新研究院（2019B090909010）

隨著我國半導(dǎo)體激光器制造技術(shù)的逐漸成熟，有關(guān)半導(dǎo)體激光器的測試的方法逐步完善，國標(biāo)GB-31359-2015[1]的發(fā)布，為半導(dǎo)體激光器的測試提供了指導(dǎo)性的原則。本文參照國標(biāo)GB-31359—2015所規(guī)定的半導(dǎo)體激光器測試規(guī)范，提取部分測試參數(shù)，表征激光器產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)特性。本文將激光器測試項目分為2類，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、譜寬度、中心波長），測試系統(tǒng)采用LabVIEW軟件編寫，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的自動測試，在測試完成后實現(xiàn)自動測試報表，為批量生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 PIV特性測試

半導(dǎo)體激光器的PIV測試是指在激光器加電過程中，對其功率、電流、電壓曲線進(jìn)行實時測試，同時對激光器的一些關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行計算。這些指標(biāo)包括如下。

1.1 功率測試[2]

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

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

2.2 譜寬度

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

3 測試系統(tǒng)實現(xiàn)

本文采用LabVIEW編程對測試進(jìn)行了系統(tǒng)實現(xiàn)，具體包含硬件平臺搭建與軟件實現(xiàn)兩部分。

3.1 硬件平臺搭建

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，采用光功率探測器PD100以及光譜分析儀USB2000分別進(jìn)行光功率及光譜信號的收集。這樣做的好處在于，對于大功率半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品而言，積分球可以有效降低探測位置側(cè)的功率，使得探測器所承受的能量值大為降低，同時提高整個系統(tǒng)的測試量程。

由于半導(dǎo)體激光器在工作過程中會產(chǎn)生大量熱量，一般采用冷水機設(shè)定溫度進(jìn)行產(chǎn)品制冷。[3]在完成測試后，對殘留在產(chǎn)品中的水進(jìn)行吹氣排水處理。為提高測試產(chǎn)品的自動化程度，將系統(tǒng)在功能上分為產(chǎn)品裝卸產(chǎn)品位置與測試位置，首先，在產(chǎn)品裝卸位置采用氣缸對激光器進(jìn)行自動夾持，開啟水路制冷，然后采用高精度絲杠帶動產(chǎn)品進(jìn)入測試位置開始自動測試。測試完成后，系統(tǒng)將自動生成測試報表，并回到初始裝卸位置，進(jìn)行吹氣排水處理，待下一個產(chǎn)品的測試。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激光器工作的全過程進(jìn)行檢測，數(shù)據(jù)通過工控機數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集處理，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易實現(xiàn)自動化。

3.2 測試系統(tǒng)軟件設(shè)計

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

該系統(tǒng)軟件分為PIV測試及光譜測試兩部分，系統(tǒng)可以對激光器加電過程中的特性進(jìn)行實時曲線記錄，同時給出各測量值的測試結(jié)果。在系統(tǒng)測試完成后，系統(tǒng)自動形成報表，如圖9所示。

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

4 結(jié)束語

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

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T31359—2015 半導(dǎo)體激光器測試方法[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特性測試系統(tǒng)設(shè)計[J].激光與紅外，2007（2）：167-169.

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