半导体激光器综合参数测试方法及其组件的研究

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半导体激光器(LD)性能的高低是通过其特性参数表现出来的,用户对于LD的高可靠性和低成本的期望越来越高。无论是研发者、生产商和用户都需要根据自身需求,对LD的各项特性参数和指标进行精确测试,达到改进产品性能或掌握产品性能指标的目的。因此本课题就LD参数测试方法和测试设备进行了详细的研究,为LD参数测试设备产业化提供必要的理论与技术依据。本文首先对LD综合参数的测试方法和对LD组件系统地进行了介绍。LD组件是指除LD芯片外,保证LD稳定可靠工作所必须的电路及元器件。LD驱动电源作为LD的组件之一在LD工作中起着至关重要的作用。本文在传统LD驱动电源的基础上,设计了一种新型LD驱动电源,具有效率高,恒流范围大等特点,目前已经被实际应用于激光辅助照明系统中。本文重点对LD的热特性做了测试实验,归纳并总结了LD的热特性规律。重点对LD热阻进行了实验测试,发现LD在不同温度下的PIV曲线、光谱曲线和远场发散角是不同的,随温度升高分别表现为:PI曲线的斜率效率变小,外微分量子效率降低,阈值电流升高,光谱曲线表现为发生红移,峰值波长变长,远场特性表现为发散角变大,光束质量变坏。通过实验测试得到LD的波长温度系数k,采用波长红移法计算LD的热阻,结果表明热阻值随驱动电流变化区间的变化而变化,因此,对热阻的测量需要给出热阻的具体测试条件,或者用热阻在不同驱动电流区间内的统计平均值来衡量热阻特性。LD远场特性体现的是光束强度在空间几何上的分布。本文主要针对传统LD远场测试成本高的缺点,提出了探测器逐角扫描组合远场法,即采用单片机控制水平电机和垂直电机,首先让水平步进电机带着光电探测器扫过LD光束的一个主轴,得到该轴上的光强分布数据,这些数据组合起来是一个二维光强分布曲线,然后让垂直步进电机按照固定值α带动LD在垂直面上转动,每转过a。,都让光电探测器扫描一周,垂直电机转过180°时,垂直电机和水平电机复位,同时所有测试数据会上传至上位机进行存储,上位机利用MATLAB软件绘制出LD的三维光强分布图,从而完成LD的远场测试,该远场测试模块可以认为是一种“新型LD远场特性测试仪”。仪器硬件部分由51单片机控制模块、光电转换模块、L298N电机驱动模块、ADC0832模数转换模块、LD驱动电源模块及电流显示模块组成。软件部分由串口通信程序、步进电机驱动程序和模数转换程序三部分组成。LD电源模块和电流显示模块负责为LD提供驱动电流并实时显示输出电流值,电机驱动模块驱动垂直电机与水平电机分别带动LD和光电探测器以各自角度转动,光电转换模块负责将光信号转换为电信号,并通过模数转换模块及串口通信上传给上位机,通过MATLAB对所上传的数据进行处理并绘制成三维光强分布图,以图形方式直观、形象地显示出光束参数和性能,供人们使用。
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