專利名稱：半導(dǎo)體激光器熱弛豫時間的測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及半導(dǎo)體激光器，特別是一種半導(dǎo)體激光器的熱弛豫時間的測試裝置。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器的熱特性是實際應(yīng)用中一個重要問題。高熱阻會導(dǎo)致激光器有源區(qū)高的溫升，從而導(dǎo)致激光器閾值電流變大、斜率效率下降、輸出功率降低，更嚴重的是影響器件的壽命。除了熱阻，半導(dǎo)體激光器另一熱特性參量為熱弛豫時間。對于脈沖工作狀態(tài)下的半導(dǎo)體激光器而言，熱弛豫時間參量是一個很重要的參數(shù)。
當半導(dǎo)體激光器施加方波電流時，激光器結(jié)溫在脈沖內(nèi)逐漸上升，經(jīng)過一段時間，結(jié)溫達到穩(wěn)態(tài)值。結(jié)溫變化可以表示為T＝T0+RthP[1-exp(-Δt/τ)] (1)其中Rth為激光器熱阻值，P為注入熱流，τ為熱弛豫時間，T0為沒有電流注入時的激光器結(jié)溫。
熱弛豫時間反映了激光器結(jié)溫升高的快慢。對一些工作在短脈沖的激光器而言，若其熱弛豫時間大則在脈沖內(nèi)的溫升很?。蝗魺岢谠r間小則激光器結(jié)溫在很短的時間內(nèi)就達到穩(wěn)態(tài)值。
熱弛豫時間的現(xiàn)有測試方案是在先技術(shù)[1](H.I.Abdelkader，H.HHausien，and J.D.Martin.Temperature rise and thermal rise-time measurement of a semiconductorlaser diode. Rev.Sci.Instrum.63(3)，March 19922004-2007)中，H.I.Abdelkader研究了半導(dǎo)體激光器的閾值電流和斜率效率隨結(jié)溫的變化關(guān)系，通過測試脈沖工作下不同脈沖時刻的激光器光功率變化，得到不同時刻的結(jié)溫升，從而計算得到熱弛豫時間值。但是短的脈沖下激光器光功率值比較小，不同時刻的激光器光功率變化難以精確測定，需要比較精密的設(shè)備。在先技術(shù)[2](M.Voss，C.Lier，U.Menzel，A.Barwolff，andT.Elsaesser.Time-resolved emission studies of GaAs/AlGaAs laser diodearrays on different heat sinks.J.Appl.phys.79(2).15 January 19961170-1172)中，M.Voss et.al.通過對光譜儀接收裝置CCD設(shè)置光開關(guān)，然后測試不同開關(guān)時間的光譜來得到激光器動態(tài)熱特性。此技術(shù)對脈沖光信號采用光開關(guān)，要求精確控制開關(guān)時間，對光信號控制要求太高。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種半導(dǎo)體激光器的熱弛豫時間的測量裝置。
該裝置的構(gòu)成是一脈沖電源，該脈沖電源的輸出端接半導(dǎo)體激光器，沿該半導(dǎo)體激光器的激光前進方向依次是準直系統(tǒng)和光譜儀，光電倍增管位于所述的光譜儀的輸出狹縫，光電倍增管的輸出端接Boxcar積分器的輸入端，所述的脈沖電源的同步輸出端經(jīng)過延時電路連接Boxcar積分器的觸發(fā)輸入端，計算機輸入端數(shù)據(jù)采集卡連接Boxcar積分器輸出端。
利用本實用新型裝置進行半導(dǎo)體激光器的熱弛豫時間的測試方法，其特征在于該方法包括下列步驟①首先設(shè)定Boxcar積分器的參數(shù)取樣脈沖信號Tg為0.5us，掃描時間T.為150s；其次設(shè)定延時電路的延時時間不超過5ms；光譜儀的狹縫寬度為10μm-40μm；②開啟激光器脈沖電源，固定光譜儀掃描波長λs1，Boxcar積分器產(chǎn)生的取樣脈沖信號掃描光電倍增管由光功率信號轉(zhuǎn)化的電信號，計算機對Boxcar積分器輸出進行采集，得到電信號數(shù)據(jù)I1……li……，從一系列電信號數(shù)據(jù)Ii以及相應(yīng)的時間t得到電信號峰值出現(xiàn)的時間t＝um1；③改變光譜儀的掃描波長λsi(i＝2，3....15)，重復(fù)第二步過程，得到一系列電信號峰值出現(xiàn)時間umi(i＝2，3....15)。
④將掃描波長λsi和峰值出現(xiàn)時間umi利用下式求出τi，再平均得到該激光器的熱弛豫時間參量值ττ=-umIn[1-λs-λP(T0)λT′RthP]]]>式中λs為光譜儀固定的掃描波長值，um為對應(yīng)光功率峰值出現(xiàn)時間，λp(T0)為初始峰值波長，λT為光譜溫度系數(shù)。
所述的延時電路的延時時間應(yīng)為0.2ms。
所述的狹縫寬度為30μm。
與其它測試方法相比，本實用新型的優(yōu)點是不需測試激光器閾值電流和斜率效率隨結(jié)溫的變化關(guān)系；使用電開關(guān)，較光開關(guān)容易控制，整個實驗裝置造價低，容易搭建，方法簡單、穩(wěn)定性好。


圖1為本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為由測試結(jié)果得到的掃描波長與光功率峰值時間的關(guān)系圖。
圖1中1-半導(dǎo)體激光器，2-脈沖電源，3-延時電路，4-準直系統(tǒng)，5-光譜儀，6-光電倍增管，7-Boxcar積分器，8-計算機具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本實用新型作進一步說明。
先請參閱圖1所示。圖1為本實用新型裝置實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本實用新型半導(dǎo)體激光器的熱弛豫時間的測試裝置，其特征在于該裝置的構(gòu)成是一脈沖電源2，該脈沖電源2的輸出端接半導(dǎo)體激光器1，沿該半導(dǎo)體激光器1的激光前進方向依次是準直系統(tǒng)4和光譜儀5，光電倍增管6位于所述的光譜儀5的輸出狹縫，光電倍增管6的輸出端接Boxcar積分器7的輸入端，所述的脈沖電源2的同步輸出端經(jīng)過延時電路3連接Boxcar積分器7的觸發(fā)輸入端，計算機8輸入端數(shù)據(jù)采集卡連接Boxcar積分器7輸出端。
利用圖1所述的裝置進行半導(dǎo)體激光器的熱弛豫時間的測試方法，包括下列步驟①首先設(shè)定Boxcar積分器7的參數(shù)取樣脈沖信號Tg為0.5us，掃描時間Ts為150s；其次設(shè)定延時電路3的延時時間為0.2ms。光譜儀5的狹縫寬度為1所述的狹縫寬度為30μm；②開啟激光器脈沖電源2，固定光譜儀5掃描波長λs1，Boxcar積分器7產(chǎn)生的取樣脈沖信號掃描光電倍增管6由光功率信號轉(zhuǎn)化的電信號，計算機8對Boxcar積分器7輸出進行采集，得到電信號數(shù)據(jù)I1……li……，從一系列電信號數(shù)據(jù)Ii以及相應(yīng)的時間t得到電信號峰值出現(xiàn)的時間t＝um1；③改變光譜儀5的掃描波長λsi(i＝2，3....15)，重復(fù)第二步過程，得到一系列電信號峰值出現(xiàn)時間umi(i＝2，3....15)。
④將掃描波長λsi和峰值出現(xiàn)時間umi利用下式求出τi，再平均得到該激光器的熱弛豫時間參量值ττ=-umIn[1-λs-λP(T0)λT′RthP]]]>式中λs為光譜儀固定的掃描波長值，um為對應(yīng)光功率峰值出現(xiàn)時間，λp(T0)為初始峰值波長，λT’為光譜溫度系數(shù)。
光功率信號峰值時間為從電流脈沖開始注入到激光器光功率峰值出現(xiàn)所需要的時間。在對Boxcar積分器7輸出數(shù)據(jù)進行采集時，同時需要采集取樣脈沖信號。實驗中設(shè)定當采集到取樣脈沖信號時，開始采集Boxcar積分器7輸出信號。從而，每次Boxcar積分器7輸出信號采集都是在同一時刻開始。實驗過程中，因為取樣脈沖寬度為0.5μs，數(shù)據(jù)采集卡采集速率最高為40k/s，不易采樣。因此將取樣脈沖信號展寬為寬度250μs的同步信號，送入計算機8采樣。當采集到該信號上升沿時，數(shù)據(jù)采集卡開始采集Boxcar積分器7輸出信號。
圖2為固定波長λs與平均峰值時間um的關(guān)系圖。圖中橫坐標為波長坐標(單位nm)，縱坐標為時間坐標(單位S)，黑色方框9代表實驗數(shù)據(jù)，實線10為擬合曲線。由(3)式，當λs-λP(T0)λT′RthP<<1]]>時，um與λs線性變化，(3)式寫為τ=umλs-λP(T0)λT′RthP.]]>所以由圖(2)中擬合曲線的斜率可以計算得到該激光器熱弛豫時間值為390μs。
權(quán)利要求1 一種半導(dǎo)體激光器熱弛豫時間的測試裝置，其特征在于該裝置的構(gòu)成是一脈沖電源(2)，該脈沖電源(2)的輸出端接半導(dǎo)體激光器(1)，沿該半導(dǎo)體激光器(1)的激光前進方向依次是準直系統(tǒng)(4)和光譜儀(5)，光電倍增管(6)位于所述的光譜儀(5)的輸出狹縫，光電倍增管(6)的輸出端接Boxcar積分器(7)的輸入端，所述的脈沖電源(2)的同步輸出端經(jīng)過延時電路(3)連接Boxcar積分器(7)的觸發(fā)輸入端，計算機(8)輸入端數(shù)據(jù)采集卡連接Boxcar積分器(7)輸出端。
專利摘要一種半導(dǎo)體激光器熱弛豫時間的測試裝置，該裝置的構(gòu)成是一脈沖電源，該脈沖電源的輸出端接半導(dǎo)體激光器，沿該半導(dǎo)體激光器的激光前進方向依次是準直系統(tǒng)和光譜儀，光電倍增管位于所述的光譜儀的輸出狹縫，光電倍增管的輸出端接Boxcar積分器的輸入端，所述的脈沖電源的同步輸出端經(jīng)過延時電路連接Boxcar積分器的觸發(fā)輸入端，計算機輸入端數(shù)據(jù)采集卡連接Boxcar積分器輸出端。本實用新型的優(yōu)點是不需測試激光器閾值電流和斜率效率隨結(jié)溫的變化關(guān)系；裝置造價低，容易搭建，方法簡單、穩(wěn)定性好。
文檔編號H01L21/66GK2828834SQ20052004228
公開日2006年10月18日 申請日期2005年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月8日
發(fā)明者陳晨, 辛國鋒, 方祖捷 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所