專利名稱：中紅外波段半導體激光器性能測量表征系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種中紅外波段半導體激光器性能測量表征技術，更確切地說，本發明提供一種建立中紅外波段半導體激光器測量系統的解決方案以及相關的測量技術，屬于半導體測試技術領域。
本發明提供的測量表征系統由兩部分組成，即硬件部分與控制硬件的軟件部分。
一、硬件部分本測量表征系統的主要由5個部分組成，它們分別是1)基于傅里葉變換光譜儀并引入雙調制技術的激射譜測量系統(包括富利葉變換紅外光譜儀和鎖相放大器等)，2)基于寬范圍脈沖信號發生器的驅動系統，3)基于數字示波器、電流探頭及中紅外探測器的測量監控系統，4)基于通用并行接口卡(GPIB)的計算機控制系統，5)熱沉致冷器和溫度控制系統等。整個中紅外半導體激光器測量表征系統的結構框示意如附

圖1所示。
測量時，待測激光器置于致冷器的冷頭上，其驅動脈沖電流由脈沖信號發生器供給。激光器的注入電流信號波形由電流探頭取出，用數字示波器進行測量。驅動電壓和光功率監控探測器上的電壓也由此示波器進行測量。數字示波器和脈沖信號發生器均通過GPIB總線由計算機進行控制、測量和數據采集處理。本系統的測試臺、熱沉溫度控制以及激光光功率探測器可以根據不同的激光器要求選用，并根據不同的測量波段選用不同的FTIR光譜測量探測器、分束器以及光功率監控測量探測器以獲得最佳測量效果。其中探測器有Si(≤1.1μm，室溫工作)，InGaAs(≤1.6μm，室溫工作)，Ge(≤1.8μm，室溫工作)，InSb(≤5μm，LN2冷卻)，HgcdI(≤12μm，LN2冷卻)等，分束器有Quartz、CaF2、KBr等。
主要技術參數為測量波段0.4-12μm，光譜分辨率0.125cm-1測量光功率范圍nW級至W級驅動脈沖寬調節范圍10ns-150ms驅動脈沖占空比調節范圍0.01％-99.99％電壓電流驅動能力100V/2A熱沉溫度控制范圍10K-350K(氦壓縮循環致冷)，0℃-100℃(一級熱電致冷)熱沉控溫精度±0.3K二、軟件部分本發明采用的編程軟件為CEC公司的TESTPOINT，并采用面向對象的編程方式，許多的操作細節被封裝在各個對象中。如要控制某臺利用GPIB接口相連的儀器，只要選取一個GPIB對象在這個對象的屬性中的GPIB地址中賦予和給儀器相同的GPIB地址，在通過對該儀器發送標準的儀器控制命令就可以實現通過計算機對該儀器的控制。整個測量系統均在Windows環境下進行工作，由菜單式操作完成各項功能，可方便地完成I-P、I-V和光譜測量等。
由上所述，與現有的半導體激光器特性測量系統相比，本發明專利具有五大優點第一精度高。采用基于直接波形測量技術的測量方法，由連接數字示波器的電流測量探頭監測注入電流，測量直觀、精度高，速度快。
第二由于采用面向對象的編程方式，而且所有測量儀器與GPIB總線連接，本發明專利具有安全、快速、數據可靠、合理的特點。
第三硬件連接結構簡單，具有友好的操作界面，利于控制、記錄硬件設置以及處理、輸出測量結果。
第四該系統除了能對I-V、I-P特性和激射光譜特性能夠進行詳細分析外，還可對諸如驅動脈沖參數對器件的輸出功率和熱特性等的影響等進行分析的能力。
第五采用可調步長，在最大工作電流2A的范圍內對器件進行連續測量，并得到特定溫度下的I-P或I-V曲線。最多可同時獲得8條不同條件下的曲線用以比較。
圖2是利用本測量表征系統測得的2μm波段AlGaAsSb/InGaAsSb多量子阱激光器的I-P特性曲線。圖中橫座標為電流(mA)，縱座標為單面光功率(mW)。
圖3是利用本測量表征系統測得的2μm波段AlGaAsSb/InGaAsSb多量子阱激光器的射光譜特性曲線，圖中橫座標為波長(μm)，縱座標為強度(相對單位)。
圖4是利用本測量表征系統測得的8μm波段InAlAs/InGaAs/InP量子級聯激光器的I-P和I-V特性曲線，圖中橫座標為電流(A)，左面縱座標為光功率(相對單位)；右面縱座標為電壓(V)。
圖5是利用本測量表征系統測得的8μm波段InAlAs/InGaAs/InP量子級聯激光器的激光譜特征，橫座標為波長(μm)，下橫座標為波數(cm-1)縱座標為強度(相對單位)。
實施例1 2μm波段AlGaAsSb/InGaAsSb多量子阱激光器的測量1、先將激光器芯片放置于由熱電致冷控溫的微探針測試臺上，并用微探針直接加入驅動電流(本實施例中激光器為脊波導型，波導寬度2.5μm，腔長700μm)。
2、按系統框圖連接各個硬件設備。向InSb探測器內注入液氮進行冷卻。
3、開啟計算機、數字示波器、脈沖信號發生器、FTIR光譜儀、鎖相放大器、熱沉溫度控制儀等設備的電源。
4、將熱沉溫度調節至所需溫度(本實施例中為0-60℃，步進10℃)。
5、在計算機上運行系統控制軟件，對實驗條件進行初始化(即設置脈寬、周期、數字示波器的測量參數等，本實施例中脈寬為1μs，周期為100KHz)。
6、將根據需要設置電流上限值(實施例中為500mA)以及合適的脈沖電壓變化范圍、步長等值。
7、點擊程序界面上Start按鈕，預測激光器電流和經校準的功率監控探測器電壓波形，選擇合理的數據點。
8、點擊程序界面上Start按鈕，開始正式測量，得到該多量子阱激光器的I-P曲線如圖2。
9、固定驅動條件(本實施例中驅動電流為200mA，脈寬為1μs，周期為100KHz)，由FTIR光譜儀測得各條件下的激射光譜如圖3。實施例2 8μm波段InAlAs/InGaAs/InP量子級聯激光器的測量1、將封裝好的激光器芯片安裝于由氦壓縮循環致冷器的冷頭上，接好驅動聯線，封好外腔抽真空，開始致冷。
2、按系統框圖連接各個硬件設備。向HgcdI探測器內注入液氮進行冷卻。
3、開啟計算機、數字示波器、脈沖信號發生器、FTIR光譜儀、鎖相放大器、熱沉溫度控制儀等設備的電源。
4、將熱沉溫度調節至所需溫度(實施例中為20-200K步進30K)。
5、在計算機上運行系統控制軟件，對實驗條件進行初始化(即設置脈寬、周期、數字示波器的測量參數等本實施例中脈寬為100ns，周期為20KHz)。
6、將根據需要設置電流上限值(實施例中為1000mA)以及合適的脈沖電壓變化范圍、步長等值。
7、點擊程序界面上Start按鈕，預測激光器電流和經校準的功率監控探測器電壓波形，選擇合理的數據點。
8、點擊程序界面上Start按鈕，開始正式測量，得到該多量子阱激光器的I-P和I-V曲線如圖4。
9、固定驅動條件(本實施例中驅動電流略高于對應溫度下激光器的閾值電流，脈寬為10ns，周期為20KHz)，由FTIR光譜儀測得各條件下的激射光譜如圖5。
權利要求
1.一種中紅外波段半導體激光器性能測量的表征系統，由硬件部分與控制硬件的軟件部分組成，其特征在于(1)硬件部分由5個部分組成，分別是傅里葉變換光譜儀并引入雙調制技術的激射譜測量系統；基于寬范圍脈沖信號發生器的驅動系統；基于數字示波器電流探頭及中紅外探測器的測量監控系統；基于通用平行接口卡的計算機控制系統；熱沉致冷器和溫度控制系統；(2)軟件部分的編程軟件為CEC公司的TESTPOINT，并采用面向對象的編程方式。
2.按權利要求1所述的一種中紅外波段半導體激光器性能測量的表征系統，其特征在于所述的引入雙調制技術的激射譜測量系統包括富利葉變換紅外光譜儀和鎖相放大器。
3.按權利要求1所述的一種中紅外波段半導體激光器性能測量的表征系統，其特征在于所述的基于寬范圍脈沖信號發生器的驅動系統的脈沖寬調節范圍為10ns-100ms，驅動脈沖占空比調節范圍為0.01-99.99％。
4.按權利要求1所述的一種中紅外波段本半導體激光器性能測量的表征系統，其特征在于所述的中紅外探測器或波段≤1.1μm，室溫工作的Si；或波段≤1.6μm，室溫工作的InGaAs；或波段≤1.8μm，室溫工作的Ge，或波段≤5μm，液氮冷卻的InSb；或波段≤波段12μm，液氮冷卻的HgCdI；分束器為石英或CaF2或KBr。
5.按權利要求1所述的一種中紅外波段半導體激光器性能測量的表征系統，其特征在于所述的熱沉致冷器熱沉溫度控制范圍在氦壓縮循環致冷時為10K-350K；一般熱電致冷為0-100℃；控溫精度±0.3K。
6.按權利要求1所述的一種中紅外波段半導體激光器性能測量的表征系統，其特征在于所述的采用面向對象的編程方式，只要選取一個GPIB對象在這個對象的屬性中的GPIB地址中賦予和給儀器相同的地址，通過對該儀器發送標準的儀器控制命令實現對該儀器的控制，整個測量系統在Window環境下工作。
7.按權利要求1所述的一種中紅外波段半導體激光器性能測量的表征系統，其特征在于測量系統的測量波段范圍0.4～1.2μm，分辯率0.125cm-1，光功率范圍為nW級至W級。
全文摘要
本發明涉及一種中紅外波段半導體激光器性能測量表征系統,屬于半導體測試技術領域。其特征是該硬件部分由5個部分組成,分別是傅里葉變換光譜儀并引入雙調制技術的激射譜測量系統;基于寬范圍脈沖信號發生器的驅動系統;基于數字示波器電流探頭及中紅外探測器的測量監控系統;基于通用平行接口卡的計算機控制系統;熱沉致冷器和溫度控制系統;軟件部分的編程軟件為CEC公司的TESTPOINT,并采用面向對象的編程方式。除具有測量器件的I－P,I－V特性和激射光譜特性的功能外,還可以寬范圍地改變驅動脈沖參數對器件的輸出特性以及熱特性進行測量分析,并可采用可調步長在寬范圍內對器件進行連續測量。
文檔編號G01J3/28GK1358986SQ0113228
公開日2002年7月17日 申請日期2001年11月23日 優先權日2001年11月23日
發明者張永剛, 南礦軍, 李愛珍 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所