專利名稱：一種激光器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)及激光器遠(yuǎn)場測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于激光器測試領(lǐng)域，涉及一種半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場測試裝置，尤其是 一種激光器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)及激光器遠(yuǎn)場測試裝置。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器又稱激光二極管(LD)。具有體積小，效率高，能直接調(diào)制等特點。隨 著其制造技術(shù)的不斷提高，半導(dǎo)體激光器正向著增加功率、提高可靠性、降低光譜寬度、提 高亮度和無銦化方向發(fā)展。半導(dǎo)體激光器制造技術(shù)的發(fā)展也推動了其測試測量技術(shù)的不斷 進(jìn)步。多年來，國內(nèi)外多家單位在半導(dǎo)體激光器參數(shù)測試都做了大量工作。其中，國外有美 國的Keithley公司、ILxlightwave公司、Newport公司以及加拿大Telops公司都開發(fā)出LD 參數(shù)測量系統(tǒng)。其系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計方式，可實現(xiàn)激光器參數(shù)的自動或半自動測試。國 內(nèi)北京科技大學(xué)等單位也對激光器參數(shù)測試做了大量研究工作，其開發(fā)出一套綜合激光器 測試系統(tǒng)，可以測量激光器的輸出功率，分析激光器的光譜成分，以及計算LIV參數(shù)等。然而，在半導(dǎo)體激光器的大量測試參數(shù)中，遠(yuǎn)場測試一直是其中的難點。由于半導(dǎo) 體激光器光束發(fā)散角較大(快軸發(fā)散角一般大于40度，慢軸發(fā)散角一般大于8度)，一般 的測試方法很難對其遠(yuǎn)場特性進(jìn)行全面描述。而半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場參數(shù)又為后期光學(xué)整形 提供重要依據(jù)，因此，遠(yuǎn)場測試設(shè)備的開發(fā)越來越為人們所重視。目前通用測量方法是使用 步進(jìn)電機(jī)帶動探測器，以垂直于激光器發(fā)光軸線的垂直平面移動至激光器發(fā)光范圍區(qū)域， 測量不同位置處的激光器光功率，達(dá)到遠(yuǎn)場測試的目的。然而，這種方法存在以下明顯的缺 陷1)激光探測器水平運動至激光器發(fā)光區(qū)域時，各參考位置相對于激光器的絕對位置不 同，測試光功率誤差隨其相對位置變小而急劇增大。2)這種方式一般只能實現(xiàn)單一方向的光功率測試，而難以對激光器的整個遠(yuǎn)場特 性進(jìn)行描述。3)這種方式數(shù)據(jù)采集比較單一，使用數(shù)據(jù)記錄儀進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，自動化程度偏低。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種激光器測試用雙軸旋 轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)及基于該機(jī)構(gòu)的激光器遠(yuǎn)場測試裝置，其設(shè)計采用全自動化的控制方式，控制 運動旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，對被測試的半導(dǎo)體激光器發(fā)光區(qū)快慢軸進(jìn)行自動掃描，從而實現(xiàn)對激光器 遠(yuǎn)場各項參數(shù)的計算與測量。本裝置采用模塊化的設(shè)計方式，可實現(xiàn)與其他半導(dǎo)體激光器 測試設(shè)備的方便兼容。本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的這種激光器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)， 包括外殼、激光器探測器、第一電機(jī)和第二電機(jī)。另外還包括一個水平垂直導(dǎo)向架，水平垂 直導(dǎo)向架包含有一個水平向安裝臂和一個垂直向安裝臂，水平向安裝臂的端部安裝有軸向 垂直的第一電機(jī)，第一電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器連接有掃描旋轉(zhuǎn)臂，掃描旋轉(zhuǎn)臂的下端安裝有激光器探測器，垂直向安裝臂的端部與第二電機(jī)的輸出軸端固定連接，所述第二電機(jī) 的輸出軸水平設(shè)置且第二電機(jī)固定于外殼上。上述水平向安裝臂和垂直向安裝臂相互垂直且成一體式結(jié)構(gòu)。上述第一電機(jī)和第二電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)。上述掃描旋轉(zhuǎn)臂由設(shè)置于上下兩端的垂直連桿和連接兩垂直連桿的水平連桿組 成，上端的垂直連桿與第一電機(jī)的輸出軸連接，下端的垂直連桿端部固定有激光器探測器。上述掃描旋轉(zhuǎn)臂的水平連桿是一伸縮桿，使得激光探測器的臂長可以根據(jù)激光器 參數(shù)的不同進(jìn)行長短調(diào)整。本實用新型還提供一種基于上述雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場測試裝 置，包括計算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡和電機(jī)運動控制模塊。所述計算機(jī)通過數(shù)據(jù)采集卡接收來自激 光器探測器的信號，所述電機(jī)運動控制模塊分別與計算機(jī)、第一電機(jī)和第二電機(jī)連接，計算 機(jī)通過電機(jī)運動控制模塊控制第一電機(jī)和第二電機(jī)；第二電機(jī)固定于外殼內(nèi)的上部，所述 激光器探測器的下方設(shè)置有支撐架，支撐架垂直固定于外殼內(nèi)的底部。上述電機(jī)運動控制模塊包括運動控制卡、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動器、電機(jī)編碼器和直流電 源模塊，所述運動控制卡分別與電機(jī)細(xì)分驅(qū)動器和電機(jī)編碼器連接，電機(jī)細(xì)分驅(qū)動器與直 流電源模塊連接；所述電機(jī)細(xì)分驅(qū)動器、運動控制卡和電機(jī)編碼器均與第一、二電動機(jī)連 接，運動控制卡還與所述計算機(jī)連接。上述激光器探測器與數(shù)據(jù)采集卡之間設(shè)置有信號調(diào)理單元。上述外殼內(nèi)的底部和側(cè)邊各設(shè)置有一個位置指示器，兩個位置指示器指向外殼的 中心位置；所述位置指示器可為紅光指示器，也可采用其他光指示器。本實用新型可以對半導(dǎo)體激光器的遠(yuǎn)場參數(shù)進(jìn)行精確測量，其主要具有以下優(yōu) 點(1)本實用新型的激光器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)采用雙軸聯(lián)動機(jī)械結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)臂僅 帶動單個激光器探測器即可完成半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場快軸與慢軸參數(shù)描述，結(jié)構(gòu)簡單，易于 實現(xiàn)。(2)本實用新型的半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場測試裝置采用閉環(huán)控制方式，對第一、二電機(jī) 驅(qū)動的兩個旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行精確控制，確保了其測量參數(shù)的可靠性。

圖1是本實用新型遠(yuǎn)場硬件功能原理框圖；圖2是本實用新型的遠(yuǎn)場測試裝置整 體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型的雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用新型 的半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場參數(shù)測試數(shù)據(jù)圖。其中1為激光器；2為位置指示器；3為支撐架；4為外殼；5為第一電機(jī)；6為水平 垂直導(dǎo)向架；7為激光探測器；8為掃描旋轉(zhuǎn)臂；9為聯(lián)軸器；10為第二電機(jī)；11為光功率衰 減片。
具體實施方案
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述本實用新型首先提出了一種激光 器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)，如圖2和圖3所示，它包括外殼4、激光器探測器7、第一電機(jī) 5、第二電機(jī)10，和一個水平垂直導(dǎo)向架6。其中水平垂直導(dǎo)向架6包含有一個水平向安裝臂和一個垂直向安裝臂，本實用新型的水平向安裝臂和垂直向安裝臂相互垂直且成一體式 結(jié)構(gòu)。水平向安裝臂的端部安裝有軸向垂直的第一電機(jī)5，第一電機(jī)5的輸出軸通過聯(lián)軸器 9連接有掃描旋轉(zhuǎn)臂8，掃描旋轉(zhuǎn)臂8由設(shè)置于上下兩端的垂直連桿和連接兩垂直連桿的水 平連桿組成，上端的垂直連桿通過聯(lián)軸器與第一電機(jī)5的輸出軸連接，下端的垂直連桿端 部固定有激光器探測器7，當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)5驅(qū)動掃描旋轉(zhuǎn)臂8轉(zhuǎn)動時，掃描旋轉(zhuǎn)臂8的下端帶 著激光器探測器7 —起做圓周運動。掃描旋轉(zhuǎn)臂8的水平連桿可以設(shè)計為一伸縮桿，使得 激光探測器的臂長可以根據(jù)激光器參數(shù)的不同進(jìn)行長短調(diào)整。水平垂直導(dǎo)向架6的垂直向安裝臂的端部與第二電機(jī)10的輸出軸端固定連接，第 二電機(jī)10的輸出軸水平設(shè)置且第二電機(jī)10固定于外殼4上。本實用新型所提的第一電機(jī) 5和第二電機(jī)10都采用步進(jìn)電機(jī)，也可以采用伺服電機(jī)?；谏鲜龅碾p軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)，本實用新型設(shè)計出一種半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場測試裝 置，參見圖1的連接框圖并結(jié)合圖2和圖3，該裝置包括計算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡和電機(jī)運動控制 模塊。其中計算機(jī)通過數(shù)據(jù)采集卡接收來自激光器探測器7的信號，電機(jī)運動控制模塊分 別與計算機(jī)、第一電機(jī)5和第二電機(jī)10連接，計算機(jī)通過電機(jī)運動控制模塊控制第一電機(jī)5 和第二電機(jī)10 ；第二電機(jī)10固定于外殼4內(nèi)的上部，激光器探測器7的下方設(shè)有支撐架3， 支撐架3垂直固定于外殼4內(nèi)的底部，且在支撐架3的上端設(shè)有夾設(shè)激光器1的夾具。電 機(jī)運動控制模塊包括運動控制卡、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動器、電機(jī)編碼器和直流電源模塊，所述運動 控制卡分別與電機(jī)細(xì)分驅(qū)動器和電機(jī)編碼器連接，電機(jī)細(xì)分驅(qū)動器與直流電源模塊連接； 所述電機(jī)細(xì)分驅(qū)動器、運動控制卡和電機(jī)編碼器均與第一電動機(jī)5和第二電動機(jī)10連接， 運動控制卡還與所述計算機(jī)連接。本實用新型在激光器探測器7與數(shù)據(jù)采集卡之間還設(shè)有 一個信號調(diào)理單元。在外殼4內(nèi)的底部和側(cè)邊各設(shè)有一個位置指示器2，本實用新型的位置 指示器可以采用紅光指示器或者其他指示器，兩個位置指示器2指向外殼4的中心位置。本實用新型的半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場測試裝置可選用如3所示的單一探測器雙軸旋 轉(zhuǎn)式機(jī)械結(jié)構(gòu)，也可采用兩個探測器雙臂二維掃描的機(jī)械結(jié)構(gòu)。在本實用新型的半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場測試裝置中，數(shù)據(jù)采集卡主要用于采集從激光 探測器7傳送的電壓信號，進(jìn)而送入計算機(jī)中進(jìn)行處理。本實用新型的雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)在激光器測試時，包括水平與垂直兩個方向的運 動，第一電機(jī)5實現(xiàn)激光探測器7相對激光器1發(fā)光點水平方向180度旋轉(zhuǎn)，第二電機(jī)10 實現(xiàn)整體掃描架(即水平垂直導(dǎo)向架6以及與其連接的各部件)旋轉(zhuǎn)90度至與激光器1 發(fā)光點垂直位置，再由第一電機(jī)5實現(xiàn)激光探測器7垂直于激光器1發(fā)光點方向180度旋 轉(zhuǎn)。整個激光器掃描運動控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，由運動控制卡發(fā)出對遠(yuǎn)場運動控制指令， 通過電機(jī)細(xì)分驅(qū)動器將控制信息傳輸給遠(yuǎn)場運動控制電機(jī)(第一電機(jī)5或第二電機(jī)10)，實 現(xiàn)對雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)的運動控制，電機(jī)編碼器可采集遠(yuǎn)場運動控制電機(jī)的運動位置信息 反饋給運動控制卡，從而實現(xiàn)對遠(yuǎn)場運動控制電機(jī)的精確控制。計算機(jī)接收數(shù)據(jù)采集卡與 運動控制卡的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，一方面對雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)進(jìn)行精確位置控制，同時實現(xiàn)對 各遠(yuǎn)場待測參數(shù)的計算。如圖2所示，本實用新型使用的激光器1置于激光器測試支架3上。位置指示器2 安裝于外殼4內(nèi)的水平和垂直于雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)5的中心位置，用于指示激光器1發(fā)光 位置與雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)的中心位置保持同心。[0027]如圖3所示，在激光器探測器7前設(shè)置一個光功率衰減片11，位于激光器探測器 7的前部，可根據(jù)測試激光器的光功率密度進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免激光探測器7由于探測的激光器 的發(fā)光功率過大而飽和，可根據(jù)激光器的發(fā)光功率調(diào)節(jié)衰減倍率，本實用新型實例中采用 1/100倍率-1/1000倍率的衰減片。圖4是激光器遠(yuǎn)場測試自動報表。其中激光器快軸與慢軸測試曲線均采用功率歸
一化處理。本實用新型的測試裝置的工作過程如下當(dāng)激光器發(fā)光后，由圖2中所示位置指 示器2從水平與垂直兩個方向確定激光器發(fā)光點的位置。移動遠(yuǎn)場測試裝置，使圖3中掃描 旋轉(zhuǎn)臂8的中心位置與激光器發(fā)光點保持同心。利用圖3中第一電機(jī)5控制掃描旋轉(zhuǎn)臂8 至與激光器發(fā)光點保持同一水平面至方向零點可定義正對激光器發(fā)光點右側(cè)為方向零點， 也可定義其他坐標(biāo)系，以勻速運動方式從0度旋轉(zhuǎn)至180度，同時配合采集卡和計算機(jī)實時 采樣，從而得到激光器遠(yuǎn)場慢軸特性曲線，根據(jù)曲線計算慢軸相關(guān)參數(shù)。完成激光器慢軸掃 描后，第一電機(jī)5將控制掃描旋轉(zhuǎn)臂8自動返回零點。再由圖3中所示第二電機(jī)10控制水 平垂直導(dǎo)向架6從垂直與激光器發(fā)光位置轉(zhuǎn)向水平。重復(fù)與慢軸掃描相同的運動，即可得 到激光器遠(yuǎn)場快軸特性曲線并根據(jù)曲線計算快軸相關(guān)參數(shù)。根據(jù)計算機(jī)上的軟件處理結(jié) 果，可得到半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場的測試曲線。本實用新型的該種半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場測試裝置采用光功率信號采集與處理同步 的方式，在完成遠(yuǎn)場掃描結(jié)束后立即給出快軸及慢軸FWHM，Ι/e2能量范圍，95%能量等參數(shù) 測試結(jié)果，具備良好的實時性與快速性。并且該裝置在遠(yuǎn)場測試結(jié)束后，可自動提供數(shù)據(jù)報 表，為今后的半導(dǎo)體遠(yuǎn)場數(shù)據(jù)分析提供依據(jù)。該裝置采用模塊化的開發(fā)方式，能夠方便的與 其他激光器參數(shù)測試設(shè)備相結(jié)合，具備良好的設(shè)備兼容性。綜上所述，該裝置不僅很好的解決傳統(tǒng)遠(yuǎn)場測試設(shè)備的缺點，并且結(jié)構(gòu)簡單，遠(yuǎn)場 參數(shù)描述全面，具備良好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求1.一種激光器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)，包括外殼G)、激光器探測器(7)、第一電機(jī) (5)和第二電機(jī)(10)，其特征在于還包括水平垂直導(dǎo)向架(6)，所述水平垂直導(dǎo)向架(6) 包含有水平向安裝臂和垂直向安裝臂，水平向安裝臂的端部安裝有軸向垂直的第一電機(jī) (5)，第一電機(jī)(5)的輸出軸通過聯(lián)軸器(9)連接有掃描旋轉(zhuǎn)臂(8)，掃描旋轉(zhuǎn)臂(8)的下端 安裝有激光器探測器(7)，垂直向安裝臂的端部與第二電機(jī)(10)的輸出軸端固定連接，所 述第二電機(jī)(10)的輸出軸水平設(shè)置且第二電機(jī)(10)固定于外殼(4)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于所述水平向 安裝臂和垂直向安裝臂相互垂直且成一體式結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于所述第一電 機(jī)( 和第二電機(jī)(10)為步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于所述掃描旋 轉(zhuǎn)臂(8)由設(shè)于上下兩端的垂直連桿和連接兩垂直連桿的水平連桿組成，上端的垂直連桿 與第一電機(jī)(5)的輸出軸連接，下端的垂直連桿端部固定有激光器探測器(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于所述掃描旋 轉(zhuǎn)臂(8)的水平連桿是一伸縮桿。
6.一種基于權(quán)利要求1所述雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場測試裝置，包括計 算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡和電機(jī)運動控制模塊，其特征在于所述計算機(jī)通過數(shù)據(jù)采集卡接收來 自激光器探測器(7)的信號，所述電機(jī)運動控制模塊分別與計算機(jī)、第一電機(jī)(5)和第二電 機(jī)(10)連接，計算機(jī)通過電機(jī)運動控制模塊控制第一電機(jī)(5)和第二電機(jī)(10)；第二電機(jī) (10)固定于外殼內(nèi)的上部，所述激光器探測器(7)的下方設(shè)有激光器支撐架(3)，激光 器支撐架C3)垂直固定于外殼內(nèi)的底部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場測試裝置，其特征在于所述電機(jī)運動控 制模塊包括運動控制卡、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動器、電機(jī)編碼器和直流電源模塊，所述運動控制卡分 別與電機(jī)細(xì)分驅(qū)動器和電機(jī)編碼器連接，電機(jī)細(xì)分驅(qū)動器與直流電源模塊連接；所述電機(jī) 細(xì)分驅(qū)動器、運動控制卡和電機(jī)編碼器均與第一、二電動機(jī)(5、10)連接，運動控制卡還與 計算機(jī)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場測試裝置，其特征在于所述激光器探測 器(7)與數(shù)據(jù)采集卡之間設(shè)有信號調(diào)理單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場測試裝置，其特征在于所述外殼內(nèi) 的底部和側(cè)邊各設(shè)有一個位置指示器O)，兩個位置指示器⑵指向外殼⑷的中心位置； 所述位置指示器是紅光指示器。
專利摘要本實用新型公開了一種激光器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)及激光器遠(yuǎn)場測試裝置，該雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)，包括外殼、激光器探測器、第一電機(jī)、第二電機(jī)和水平垂直導(dǎo)向架，水平垂直導(dǎo)向架包含水平向安裝臂和一個垂直向安裝臂，水平向安裝臂的端部安裝第一電機(jī)，第一電機(jī)連接掃描旋轉(zhuǎn)臂，掃描旋轉(zhuǎn)臂上安裝激光器探測器，垂直向安裝臂與第二電機(jī)連接，第二電機(jī)固定于外殼上。本實用新型的遠(yuǎn)場測試裝置基于該雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)，其采用光功率信號采集與處理同步的方式，在完成遠(yuǎn)場掃描結(jié)束后立即給出快軸及慢軸FWHM，1/e2能量范圍，95％能量等參數(shù)測試結(jié)果，并且該裝置在測試后，可自動提供數(shù)據(jù)報表。本裝置采用模塊化的設(shè)計方式，具備良好的設(shè)備兼容性。
文檔編號G01M11/02GK201819795SQ20102019287
公開日2011年5月4日 申請日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者代華斌, 劉興勝, 鄭艷芳 申請人:西安炬光科技有限公司