基于LabVIEW的半导体激光器测试系统

代华斌 秦占阳 王亚磊

摘 要：随着我国半导体激光器制造技术的逐渐成熟，激光器性能批量测试的需求也逐步提上日程。如何将国标半导体激光器测试方法中所涉及的测试内容进行软硬件实现，成为一家激光器制造企业所面临的切实需求。本文基于广东粤港澳大湾区硬科技创新研究院半导体激光器制造过程中的需求，提出了一整套用于半导体激光器自动测试的系统，并进行了软件及硬件实现。该系统严格参照GB-T 31359—2015半导体激光器测试方法，在完成半导体激光器PIV测试及光谱测试相关性能的同时，整机测试节拍可达30 s/个，实现了半导体激光器测试系统的自动化。

关键词：PIV测试；光谱测试；阈值电流；峰值功率

基金项目：广东省科技计划项目（科技创新平台类）高水平创新研究院（2019B090909010）

随着我国半导体激光器制造技术的逐渐成熟，有关半导体激光器的测试的方法逐步完善，国标GB-31359-2015[1]的发布，为半导体激光器的测试提供了指导性的原则。本文参照国标GB-31359—2015所规定的半导体激光器测试规范，提取部分测试参数，表征激光器产品的标准特性。本文将激光器测试项目分为2类，即激光器的PIV特性（包括输出光功率、平均功率、峰值功率、工作电流、工作电压、阈值电流、斜率效率、光电转换效率）以及光谱特性（包括峰值波长、谱宽度、中心波长），测试系统采用LabVIEW软件编写，实现了整个系统的自动测试，在测试完成后实现自动测试报表，为批量生产提供依据。

1 PIV特性测试

半导体激光器的PIV测试是指在激光器加电过程中，对其功率、电流、电压曲线进行实时测试，同时对激光器的一些关键指标进行计算。这些指标包括如下。

1.1 功率测试[2]

功率测试包括输出光功率测试、平均功率测试及峰值功率测试，其测试装置组成如图1所示。

其中，1为半导体激光器；2为驱动电源，3为光束整形器（适用时）；4为衰减器（适用时）；5为光闸（适用时）；6为激光能量计或功率计。

2.2 谱宽度

谱宽度指将激光器施加电流到恒定值时，根据光谱强度与波长所得到的分布曲线，找到最大光谱强度50%所对应的最大光谱间隔，如图5所示。

3 测试系统实现

本文采用LabVIEW编程对测试进行了系统实现，具体包含硬件平台搭建与软件实现两部分。

3.1 硬件平台搭建

本文所述系统采用积分球作为激光功率及光谱信息收集设备，采用光功率探测器PD100以及光谱分析仪USB2000分别进行光功率及光谱信号的收集。这样做的好处在于，对于大功率半导体激光器产品而言，积分球可以有效降低探测位置侧的功率，使得探测器所承受的能量值大为降低，同时提高整个系统的测试量程。

由于半导体激光器在工作过程中会产生大量热量，一般采用冷水机设定温度进行产品制冷。[3]在完成测试后，对残留在产品中的水进行吹气排水处理。为提高测试产品的自动化程度，将系统在功能上分为产品装卸产品位置与测试位置，首先，在产品装卸位置采用气缸对激光器进行自动夹持，开启水路制冷，然后采用高精度丝杠带动产品进入测试位置开始自动测试。测试完成后，系统将自动生成测试报表，并回到初始装卸位置，进行吹气排水处理，待下一个产品的测试。系统硬件原理框图如图7所示。

從图中可以看出，安装在积分球上的功率探头及光谱光纤可以对激光器工作的全过程进行检测，数据通过工控机数据采集卡进行采集处理，整个系统结构简单，易实现自动化。

3.2 测试系统软件设计

本文所设计的半导体激光器测试系统软件采用LabVIEW进行编程，其测试系统主界面如图8所示。

该系统软件分为PIV测试及光谱测试两部分，系统可以对激光器加电过程中的特性进行实时曲线记录，同时给出各测量值的测试结果。在系统测试完成后，系统自动形成报表，如图9所示。

本系统使用标准光学平台搭建系统，如图10所示，可以实现不同封装形式的模块化切换，整个系统测试节拍为30 s/个。

4 结束语

本文通过对GB-31359—2015半导体激光器测试方法系统化解读，选择其中部分关键性指标，对半导体激光器的全过程测试进行了系统实现。该系统能够对半导体激光器相关性能进行快速测试并提供数据报表，为企业批量生产提供依据。

参考文献：

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T31359—2015 半导体激光器测试方法[S]. http：//www.doc88.com/p-1718601765856.html.

[2] 范贤光，孙和义，唐文彦，等.连续半导体激光器LIV特性测试系统设计[J].激光与红外，2007（2）：167-169.

[3] 项勤建，刘爽.一种半导体激光器参数测试系统的设计[J].光电器件， 2009（9）：374-376.