一种激光器芯片缺陷的全过程检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种激光器芯片缺陷的全过程检测系统，涉及激光器芯片缺陷检测领域。包括芯片早期缺陷检测系统与暗线缺陷检测系统；第一部分是针对于瞬态灾难性的光损伤的早期阶段的形成过程的检测系统模块，以便于发现COD的出现，方便后续采取相应的措施；第二部分是针对于COD发生后，未及时处理，导致进一步形成暗线缺陷的检测系统模块，适用于记录COD发生后的缺陷演化模式，以便激光器缺陷的检测和损伤预测的分析。本发明专利技术所提供的一种激光器芯片缺陷的全过程检测系统，试验操作简单，而且经济简约，可以应用于日常的试验测量，可以实时掌握激光器芯片的状态，便于做出相应的调整，增加激光器芯片的使用寿命。增加激光器芯片的使用寿命。增加激光器芯片的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种激光器芯片缺陷的全过程检测系统


[0001]本专利技术涉及激光器芯片缺陷检测领域，具体为一种激光器芯片缺陷的全过程检测系统，该系统基于光反射和物体热辐射原理。

技术介绍

[0002]半导体激光器是一种以半导体材料作为工作物质的激光器，区别于以固体、气体等材料为工作物质的固体、气体等激光器。半导体激光器的核心是P
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N结二极管芯片，其自身也带有光反馈结构，因此也被称作激光二极管（LD）。
[0003]由于具有较广的输出光激射波长范围、较高的功率转换效率和稳定性等诸多特点，半导体激光器在光通信、材料处理、激光打印、距离测量等方面有着广泛的应用前景。在军事侦查方面，为雷达、导航、瞄准等提供技术支撑；在工业上，它的主要用途是激光切削、激光表面热处理等。激光依靠光束能量的聚集，光点大小可调节，从而缩短了加工时间，并与其它机械化工艺相比，具有更少的损伤。然而，由于出光腔表面的微小，导致了在单管半导体激光器中出现的瞬态灾变光学损伤（COD）。在COD发生后，腔面和芯片内部的缺陷会持续地扩散，随着器件不断老化，造成进一步的缺陷与损伤，形成暗线缺陷。
[0004]COD的产生常常是纳秒级的，因为它具有正反馈周期，所以对缺陷的形成进行全过程监测是非常有必要的。目前已有相关的芯片缺陷检测方法，如利用光电二极管监控器件的发光功率，但只能大致监控 COD的起始时间，而无法精确地反映出 COD的破坏和 COD的终止；利用条纹相机监控腔面反射率，但由于条纹相机是一种大而精密的仪器，其耗资巨大，试验操作也比较繁琐，很难应用于日常的试验测量。
[0005]因此需要研发一种操作简单、精确、能实时检测或日常试验测量激光器芯片缺陷的系统。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决激光器芯片缺陷检测中，现有技术检测较为繁琐且无法精确检测的问题，提供了一种激光器芯片缺陷的全过程检测系统。
[0007]本专利技术是通过如下技术方案来实现的：一种激光器芯片缺陷的全过程检测系统，包括芯片早期缺陷检测系统与暗线缺陷检测系统；被测激光器芯片置于温控平台上，温控平台能够起到制冷或加热的作用，在标定被测激光器芯片腔面材料反射率与温度关系时，温控平台起加热作用，扫描被测激光器芯片腔面温度分布时，温控平台起制冷作用，使工作台的温度处于室温，减小被测激光器芯片的耗散功率对测试的影响。本专利技术利用光反射和物体热辐射原理搭建了芯片早期缺陷检测系统与暗线缺陷检测系统，第一部分是针对于瞬态灾难性的光损伤的早期阶段的形成过程的检测系统模块，以便于发现COD的出现，方便后续采取相应的措施 ；第二部分是针对于COD发生后，未及时处理，导致进一步形成暗线缺陷的检测系统模块，适用于记录COD发生后的缺陷演化模式，以便激光器缺陷的检测和损伤预测的分析。
[0008]所述芯片早期缺陷检测系统的原理为：如果被测激光器芯片腔面产生了局部COD，此时端面会凹凸不平，当测试光束照射到腔面上时，反射光会产生离焦和偏转，导致腔面反射率迅速降低，即早期COD的产生与腔面反射率的下降有着明确的联系，基于这一特点，我们设计出芯片早期缺陷检测系统的结构，其包括光纤耦合激光二极管光源、环形器、光纤耦合光电二极管、伯克利封包滤波器、阶跃单脉冲电流发生器与示波器；所述环形器设有三个端口，分别为端口Ⅰ、端口Ⅱ与端口Ⅲ，所述光纤耦合激光二极管光源发射激光束，进入环形器的端口Ⅰ，并从环形器的端口Ⅱ出射后进入伯克利封包滤波器，滤波后，激光传输到尾纤中，并传输到被测激光器芯片的激光输出面的有源区，所述阶跃单脉冲电流发生器驱动被测激光器芯片进行端面反射，端面反射的瞬态激光束返回到原始光路中，经过伯克利封包滤波器滤波处理后通过端口Ⅱ进入环形器，并从端口Ⅲ发送至光纤耦合光电二极管，转换为光电流信号，传输至示波器，示波器监测到反射光电流信号的瞬态。
[0009]上述结构中，芯片早期缺陷的判据为：若示波器监测到反射光电流的快速下降，代表着被测激光器芯片的腔面反射率的快速下降，其作为研究中早期COD发生的标志，即实现了激光器芯片早期缺陷的检测。
[0010]所述暗线缺陷检测系统的原理为：发生瞬态COD之后，缺陷会从出光腔面向半导体激光器的空腔中扩散，并在极短的时间内产生大量的热量，使半导体材料的晶格结构出现大规模的破坏，从而降低了光电转换效率，降低了器件的输出功率，同时还会形成暗线缺陷。综上，暗线缺陷的形成过程与温度有直接的关系。因此可以通过检测温度间接实现暗线缺陷的检测。任何温度高于
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273.15℃的物体都会以红外电磁波的方式向周围环境发射能量辐射，根据热力学定律λT=C可知T与λ之间满足一定的比例关系，即可以用物体辐射的红外光来描述温度的情况。据此可以设计出暗线缺陷检测系统部分的结构，其包括红外热像仪与计算机，所述红外热像仪用于测量被测激光器芯片发出的红外线能，并将光信号转化成电信号，所述电信号包含了被测激光器芯片表面温度能量的信息，并通过相应的接口传输至计算机，所述计算机在红外热像仪软件界面上以图形化的不同颜色将不同温度范围显示出来。
[0011]上述结构中暗线缺陷的判据为：若在红外热像仪软件界面上，看到明显的红色线条且其周围颜色逐渐蓝移，则表明出现了暗线缺陷，即实现了激光器芯片暗线缺陷的检测。
[0012]与现有技术相比本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所提供的一种激光器芯片缺陷的全过程检测系统，试验操作简单，而且经济简约，可以应用于日常的试验测量，可以实时掌握激光器芯片的状态，便于做出相应的调整，增加激光器芯片的使用寿命。激光器芯片缺陷检测的意义在于保证激光器芯片的质量和稳定性；通过激光器芯片缺陷检测技术可以及时发现和排除芯片缺陷，保证激光器的质量和稳定性，提高激光器的使用寿命和性能表现。
附图说明
[0013]图1为芯片早期缺陷检测系统的原理框图。
[0014]图2为暗线缺陷检测系统的原理框图。
[0015]图3为激光器芯片缺陷的全过程检测系统的原理框图。
[0016]图中标记如下：1
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光纤耦合激光二极管光源，2
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环形器，3
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光纤耦合光电二极管，4
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伯克利封包滤波器，5
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阶跃单脉冲电流发生器，6
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被测激光器芯片，7
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温控平台，8
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示波
器，9
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计算机。
具体实施方式
[0017]以下结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0018]一种激光器芯片缺陷的全过程检测系统，如图3所示：包括芯片早期缺陷检测系统与暗线缺陷检测系统；被测激光器芯片6置于温控平台7上；所述芯片早期缺陷检测系统，如图1所示，包括光纤耦合激光二极管光源1、环形器2、光纤耦合光电二极管3、伯克利封包滤波器4、阶跃单脉冲电流发生器5与示波器8；本实施例中，所述光纤耦合激光二极管光源1为时间分辨率为2 ns的1550 nm激光二极管光源；所述环形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光器芯片缺陷的全过程检测系统，其特征在于：包括芯片早期缺陷检测系统与暗线缺陷检测系统；被测激光器芯片（6）置于温控平台（7）上；所述芯片早期缺陷检测系统包括光纤耦合激光二极管光源（1）、环形器（2）、光纤耦合光电二极管（3）、伯克利封包滤波器（4）、阶跃单脉冲电流发生器（5）与示波器（8）；所述环形器（2）设有三个端口，分别为端口Ⅰ、端口Ⅱ与端口Ⅲ，所述光纤耦合激光二极管光源（1）发射激光束，进入环形器（2）的端口Ⅰ，并从环形器（2）的端口Ⅱ出射后进入伯克利封包滤波器（4），滤波后，激光传输到尾纤中，并传输到被测激光器芯片（6）的激光输出面的有源区，所述阶跃单脉冲电流发生器（5）驱动被测激光器芯片（6）进行端面反射，端面反射的瞬态激光束返回到原始光路中，经过伯克利封包滤波器（4）滤波处理后通过端口Ⅱ进入环形器（2），并从端口Ⅲ发送至光纤耦合光电二极管（3），转换为光电流信号，传输至示波器（8），示波器（8）监测到反射光电流信号的瞬态；所述暗线缺陷检测系统包括红外热像仪（8）与计算机（9...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵菊敏，李灯熬，杨智超，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：