国家标准 GB/T31359一2015 半导体激光器测试方法 Testethodsofsemiconductorlasers 2015-02-04发布 2015-08-01实施国家质量监督检验检疫总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB/I3135g一2015 目次前言范围规范性引用文件术语、定义和符号 3.1 术语和定义 3.2符号和单位测试条件及要求环境要求 N 4.2测试仪器及计量要求 4.3激光安全要求 4.被测产品正常工作要求 4.5其他要求测试方法输出光功率测试 5.1 5.2平均功率测试 5.3峰值功率测试 5.！脉冲能量测试 5.5输出功率不稳定度测试 5.6输出能量不稳定度测试 5.7工作电流 5.8工作电压 10 5.9阔值电流 5.10斜率效率 12 5.11电光转换效率 13 5.12波长-温度漂移系数 14 5.13峰值波长 15 5.14谱宽度 16 5.15 1心波长中 16 5.16偏振度 5.17重复频率 18 5.18脉冲宽度 19 5.19光强分布 19 23 5.20光束宽度 23 5.21快轴发散角和慢轴发散角 25 5.22边模抑制比 26 5.23截止频率 28 附录A资料性附录光强分布举例
GB/T31359一2015 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由机械工业联合会提出本标准由全国光辐射安全和激光设备标准化技术委员会(SAC/TC284)归口本标准起草单位:西安炬光科技有限公司、科学院西安光学精密机械研究所、科学院半导体研究所、北京国科世纪激光技术有限公司、武汉华工正源光子技术有限公司、电子科技集团公司第十三研究所本标准主要起草人:刘兴胜、赵卫、许国栋、张艳春、杨军红、马晓宇、唐琦、吴迪、王贞福、王警卫、谢彦虎,王家赞、李小宁,史俊红.陈海蓉、伸莉、石朝辉,张恩、许海明、张国新 m
GB/I3135g一2015 半导体澈光器测试方法范围本标准规定了半导体激光器主要光电参数的测试方法本标准适用于半导体激光器主要光电参数的测试半导体激光器组件可参考执行规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的,凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB7247.1激光产品的安全第1部分;设备分类,要求 GB/T10320激光设备和设施的电气安全 GB/T15313激光术语 GB/T31358一2015半导体激光器总规范术语、定义和符号 3.1术语和定义 GB/T15313,GB/T31358-2015界定的术语和定义适用于本文件 3.2符号和单位表1所列的符号和单位适用于本文件表1符号和单位术语符号单位输出光功率 P nw,w 平均功率 Pd mw,W E 脉冲能量 J,ml 峰值功率 P mW,W 输出功率不稳定厦 Sn 输出能量不稳定度 ss 峰值波长 nm 谱宽度 A入Fw8 nm 中心波长 nm 工作电流 mA,A 工作电压 V mV,V
GB/I31359g一2015 表1(续符号术语单位闵值电流 Is mA,A SE wA 斜率效率电光转换效率们 nm/K,nm/ 波长-温度漂移系数偏振度 P 脉冲宽度 msS，nS 重复频率 Hz 快轴发散角 " (") 慢轴发散角光束宽度 Al mm 边模抑制比 SMSR 截止频率 Hz 测试条件及要求 4.1环境要求除非另有规定,测试环境条件应符合以下要求 a)气压;86kPa~106kPa 环境温度;20C一25C; b 相对湿度;30%~70% 环境洁净度;按照产品详细规范规定无光噪声和明显气流 e f们屏蔽电磁辐射(适用时,按照产品详细规范规定): 防止机械振动; g h)防静电(适用时 4.2测试仪器及计量要求除非另有规定,测试仪器应满足以下要求 a)测试仪器量程满足被测半导体激光器参数范围 b 精度范围至少优于被测指标误差4倍以上,一般情况下数字仪表示值至少3位有效数字; 符合计量检定要求,且在计量有效期内 4.3激光安全要求半导体激光器的安全要求应符合以下规定: 半导体激光器的辐射安全和防护应符合GB7247.1的规定; a b)半导体激光器配套的电系统应符合GB/T10320的规定
GB/T31359一2015 4.4 被测产品正常工作要求除非另有规定,被测产品应满足以下工作要求被测半导体激光器应在产品详细规范规定的工作条件下稳定工作后,进行相关参数测试; a b测试时应按照产品详细规范要求采取必要的保护措施 4.5其他要求测试时应满足以下要求标准中测试的数据应是在该参数重复测试"次的平均值,通常n>103 a b)记录必要工作条件(工作电流、热沉温度等) 测试方法 5.1 输出光功率测试 5.1.1测试装置测试装置框图见图1 门一口说明: 半导体激光器驱动电源; 光束整形器(适用时) 衰减器(适用时). 光闸(适用时); 激光功率计图1输出光功率、平均功率和输出功率不稳定度测试装置框图 5.1.2测试步骤输出光功率测试按照以下步骤进行按图1建立测试装置,首先按图示顺序摆放和连接测试仪器; a b)选取光束整形器适用时)和衰减器(适用时),保证被测光斑投射到激光功率计光接收面直径的2/3区域内;调整被渊半导体激光器的位置,保证光束从光束整形器(适用时)和散光功率计光接收面的中心人射; 使用光闸(适用时),可阻挡进人激光功率计的光,选择合适量程,并调整零点 c d)调节电源,给被测半导体激光器施加规定的工作电流按规定的时间间隔记录激光功率计的读数P e) 5.1.3数据处理按式(1)计算输出光功率
GB/T31359一2015 P " T 式中: 输出光功率,单位为瓦(w); 衰减器透射比,%; r -测试次数; p 第i次记录的激光功率计读数,单位为瓦(w). 5.2平均功率测试 5.2.1测试装置测试装置框图见图1 5.2.2测试步骤平均功率测试按照以下步骤进行 a)测试步骤见5.1.2a)~d) 根据5.1.3计算P b wi" 5.2.3数据处理按式(2)计算平均功率: P P avx一式中平均功率,单位为瓦(w); P 测试次数第i次测得的输出光功率,单位为瓦(w) 5.3峰值功率测试 5.3.1方法一;通过脉冲能量测试峰值功率 5.3.1.1测试装置测试装置框图见图2 说明半导体激光器 2 驱动电源; 光束整形器(适用时) 衰减器(适用时) 光闸(适用时); 激光能量计或激光功率计图2脉冲能量、峰值功率和输出能量不稳定度测试装置框图
GB/T31359一2015 5.3.1.2测试步骤峰值功率测试按照以下步骤进行: 按图2建立测试装置,首先按图示顺序摆放和连接测试仪器; a b 选取光束整形器(适用时)和衰减器(适用时),保证被测光斑投射到激光能量计光接收面直径的2/3区域内;调整被测半导体激光器的位置,保证光束从光束整形器(适用时和激光能量计光接收面的中心人射; 使用光闸(适用时),可阻挡进人激光能量计的光,选择合适量程,并调整零点; D 调节电源,给被测半导体激光器施加规定的工作电流按规定时间间隔记录激光能量计的读数E 5.3.1.3数据处理按式(3)计算峰值功率: 1 " 3 P，= Tn 式中: P -峰值功率,单位为瓦(w); -衰减器的透射比,%; T -测试次数; 第i次记录的激光能量计读数,单位为焦(J) E -肤冲宽度,单位为秒( 注;本方法中的峰值功率是指脉冲宽度内的平均功率 5.3.2方法二;直接测试峰值功率法 5.3.2.1测试装置测试装置框图见图3 说明: 半导体激光器驱动电源; 光束整形器(适用时)1 衰减器(适用时); 光闸(适用时); 峰值功率计图3直接测试峰值功率装置框图 5.3.2.2测试步骤峰值功率测试按照以下步骤进行:
GB/T31359一2015 按图3建立测试装置,首先按图示顺序摆放和连接测试仪器; a b 选取光束整形器(适用时)和衰减器(适用时),保证被测光斑投射到峰值功率计光接收面直径的2/3区域内;调整被测半导体激光器的位置,保证光束从光束整形器(适用时)和峰值功率计光接收面的中心人射; 使用光闸(适用时),可阻挡进人峰值功率计的光,选择合适量程,并调整零点; d)调节电源,给被测半导体激光器施加规定的工作电流; 按规定时间间隔记录峰值功率计的读数P e 5.3.2.3数据处理按式(4)计算峰值功率 p,--P Tn 式中: -峰值功率,单位为瓦(w); ” 衰减器的透射比,%; -测试次数; n P 第i次记录的峰值功率计的读数,单位为瓦(w) 5.4 脉冲能量测试 5.4.1方法一直接测试脉冲能量法 5.4.1.1测试装置测试装置框图见图2 5.4.1.2测试步骤测试步骤见5.3.1.2a)e) 5.4.1.3数据处理按式(5)计算脉冲能量！ I习 (5 E= 式中脉冲能量,单位为焦(J; E 衰减器的透射比.%; -测试次数; 第i次记录的激光能量计读数,单位为焦(J E 5.4.2方法二;通过平均功率测试脉冲能量 5.4.2.1测试装置测试装置框图见图1 5.4.2.2测试步骤按照5.2的测试方法测出平均功率
GB/I3135g一2015 5.4.2.3数据处理按式(6)计算脉冲能量: E三 ,之" 式中: p 脉冲能量,单位为焦(J); -测试次数; 重复频率 -第i次测得的平均功率,单位为瓦(w) 5.4.3方法三;通过峰值功率测试脉冲能量 5.4.3.1测试装置测试装置框图见图3 5.4.3.2测试步骤峰值功率测试见5.3.2.2 按式(4)计算P 5.4.3.3数据处理按式(7)计算脉冲能量 E=P,×了式中: E -脉冲能量,单位为焦(J); ？ -峰值功率,单位为瓦(w); -脉冲宽度,单位为秒(s) 5.5输出功率不稳定度测试 5.5.1测试装置测试装置框图见图1 5.5.2测试步骤输出功率不稳定度的测试按照以下步骤进行: 按图1建立测试装置,首先按图示顺序摆放和连接测试仪器 a b 选取光束整形器(适用时),保证被测光斑投射到激光功率计光接收面直径的2/3区域内;调整被测半导体激光器的位置,保证光束从光束整形器(适用时)和激光功率计光接收面的中心人射; 使用光闸(适用时),可阻挡进人激光功率计的光,选择合适量程,并调整零点 c d)调节电源,使被测半导体激光器处于规定工作状态 e 在规定测试时间周期内均分n次取值,记录每次测得的输出光功率P op 5.5.3数据处理数据处理有以下两种方法
GB/I31359g一2015 方法一: a 按式(8)计算输出功率不稳定度,其中输出光功率的平均值按式(9)计算一P,): S 习篇 P， ->！式中: Sm 输出功率不稳定度; 取值次数; n P 输出光功率的平均值,单位为瓦(w) 第i次测得的输出光功率,单位为瓦(w) P尸 b 方法二输出光功率的平均值按式(9)计算,输出光功率尸中最大值与最小值分别记为尸wm,尸wm,利用式(10)计算输出功率不稳定度 Pem-Pmm ×100% 10 S=士 2P 式中; S 输出功率不稳定度; P 输出光功率的平均值,单位为瓦(w) 第i次测得的输出光功率的最大值,单位为瓦(w). P尸pm -第i次测得的输出光功率的最小值,单位为瓦(w). 注，式(8)和式(I0)参照GB/T13863 5.6输出能量不稳定度测试 5.6.1测试装置测试装置框图见图2 5.6.2测试步骤输出能量不稳定度测试按照以下步骤进行按图2建立测试装置,首先按图示顺序摆放和连接测试仪器 a b)选取光束整形器(适用时,保证被测光斑投射到激光能量计光接收面直径的2/3区域内;调整被测半导体激光器的位置,保证光束从光束整形器(适用时)和激光能量计光接收面的中心人射; 使用光闸(适用时),可阻挡进人激光能量计的光,选择合适量程,并调整零点; c d) 调节电源,使被测半导体激光器处于规定工作状态; e)在规定测试时间周期内均分n次取值,记录测得的脉冲能量E 5.6.3数据处理数据处理有以下两种方法方法一: a 按式(1l)计算输出能量不稳定度,其中脉冲能量的平均值按式(12)计算
GB/T31359一2015 .(11 S= ，、言居-上" E 12 -习式中: -输出能量不稳定度; SB 取值次数; n E 脉冲能量的平均值,单位为焦( E -第i次测得的脉冲能量,单位为焦J. b 方法二: 脉冲能量的平均值按式(12)计算,脉冲能量E，中最大值与最小值分别记为Em、Ema,利用式(13)计算输出能量不稳定度: Emm Enie ×100% 士 S 13) 2E 式中: S路 -输出能量不稳定度; E -脉冲能量的平均值,单位为焦(J); Ema -第i个脉冲能量的最大值,单位为焦(J); Emd -第i个脉冲能量的最小值,单位为焦(J. 注:式(ll)和式(13)参照GB/T13863. 5.7工作电流 5.7.1测试装置测试装置框图见图4 说明: -半导体激光器; 驱动电源; 3 -电流表或示波器; 光束整形器(适用时); 光(适用时)7 -激光功率计或能量计图4工作电流、阔值电流和斜率效率测试装置框图
GB/I31359g一2015 5.7.2测试步骤工作电流的测试按以下步骤进行 a)按照图4建立测试装置,首先按图示顺序摆放和连接测试仪器; b 选取光束整形器(适用时),保证被测光斑投射到激光功率计光接收面直径的2/3区域内;使用光闸(适用时),可阻挡进人激光功率计或能量计的激光,选择合适量程,并调整零点; 电流表选择合适量程,并调整零点 d)给被测半导体激光器施加正向工作电流,监测激光功率计显示激光功率到规定值; 按规定时间间隔记录电流表读数IB e 5.7.3数据处理按式(14)计算工作电流: 习 (14 I那= 式中: 工作电流,单位为安(A); 测试次数第i次测得的正向电流,单位为安(A) I 5.8工作电压 5.8.1测试装置测试装置框图见图5 说明半导体激光器驱动电源; 电流表或示波器; -电压表或示波器; 光束整形器(适用时) 光闸适用时); 激光功率计或能量计图5工作电压和电光转换效率测试装置框图 5.8.2测试步骤工作电压的测试按以下步骤进行: 10o
GB/T31359一2015 按照图5建立测试装置,首先按图示顺序摆放和连接测试仪器电压表的采样点尽量接近被测半导体激光器引出电极选取光束整形器(适用时),保证被测光斑投射到激光功率计光接收面直径的2/3区域内;使用光闸(适用时),可阻挡进人激光功率计的光,选择合适量程,并调整零点电流表选择合适量程,并调整零点; d)电压表选择合适量程,并调整零点; e)给被测半导体激光器施加正向工作电流,监测激光功率计显示的激光功率到规定值; 按规定时间间隔记录电压表读数V 5.8.3数据处理按式(15)计算工作电压 (15 ',-心w 式中: V -工作电压,单位为伏(V); -测试次数; 2 Vn -第i次测得的正向电压,单位为伏(V) 阔值电流 5.9 5.9.1测试装置测试装置框图见图4 5.9.2测试步骤阔值电流的测试按以下步骤进行按照图4建立测试装置,首先按图示顺序摆放和连接测试仪器 a b 选取光束整形器(适用时),保证被测光斑投射到激光功率计光接收面直径的2/3区域内;使用光闸(适用时),可阻挡进人激光功率计的光,选择合适量程,并调整零点电流表选择合适量程,并调整零点在规定的电流变化范围内,给被测半导体激光器从小到大按规定的电流取值间隔施加正向电流,分别记录每一点的电流表和激光功率计的读数！和P; 根据记录的数据得到P-I曲线(激光功率随电流的变化曲线),见图6 5.9.3数据处理根据P-I曲线,计算阂值电流计算方法有以下三种,通常使用第一种方法: a)方法一;直线拟合法,见图6a) 将激光功率-电流曲线中拐点以上的直线部分延长与电流坐标轴相交点所对应的电流值定为1; 方法二;两段直线拟合法(仲裁方法),见图6b) 将激光功率-电流曲线中拐点前后的两段直 b 线分别延长并相交,其交点所对应的电流值定为l; 二次微分法,见图6) 方法三 c 对激光功率-电流曲线进行曲线拟合,得到式(16)函数 P=(D 对P=f(I)作二阶导数处理得到式(17)函数:
GB/I31359g一2015 dP =G(I) (17) d？ dP dP 的极大值,其对应的电流即为I =G(I求出对 d" 式中: -驱动电流,单位为安(A); -驱动电流为I时的激光功率,单位为瓦(w); -闵值电流,单位为安(A) I 方法一方法二方法三 a 图6闻值电流的计算方法 5.10斜率效率 5.10.1测试装置测试装置框图见图4 5.10.2测试步骤斜率效率的测试按照以下步骤进行 a)按照图4建立测试装置,首先按图示顺序摆放和连接测试仪器 b)选取光束整形器件(适用时),保证被测光斑投射到激光功率计光接收面直径的2/3区域内;使用光闸(适用时),可阻挡进人激光功率计或能量计的光,选择合适量程,并调整零点电流表选择合适量程,并调整零点; c d)给被测半导体激光器从小到大按规定的电流取值间隔逐渐施加正向电流到规定的工作电流 I,记录电流表和激光功率计每一点读数1和P 5.10.3数据处理按以下方法计算斜率效率根据记录的数据得出激光功率随电流的变化曲线,见图7; a b)在曲线上取1.(工作电流I部的90%)对应的激光功率P;在线性区中再取一点1工作电流 1的30%)所对应的激光功率P1,见图7; 按式(18)计算斜率效率,其中电流变化量按式(19)计算,激光功率变化量按式(20)计算 AP SE= (18 云 AI=I 一I 19 P=P，一P 20 12
GB/T31359一2015 式中: E 斜率效率！工作电流1的90%,单位为安(A); P -工作电流！下对应的激光功率,单位为瓦(w); 工作电流1.的30%,单位为安(A); I1 工作电流！对应的激光功率,单位为瓦(w) 光功率厂" 电流1 图7斜率效率的计算方法示意图 5.11 电光转换效率 5.11.1测试装置测试装置框图见图5 5.11.2测试步骤电光转换效率的测试按照以下步骤进行 a)按照图5建立测试装置,首先按图示顺序摆放和连接测试仪器; b选取光束整形器件(适用时),保证被测光斑投射到激光功率计光接收面直径的2/3区域内;使用光闸(适用时),可阻挡进人激光功率计的光,选择合适量程,并调整零点; 电流表选择合适量程,并调整零点; 电压表选择合适量程,并调整零点 d 给被测半导体激光器施加正向电流到规定的工作电流1e,分别记录此时的激光功率计和电压表的读数P，和V 或者给被测半导体激光器施加正向电流,监测激光功率计显示激光功率到规定值P,记录此时电流表和电压表的读数I和Vr 5.11.3数据处理按式(21)计算电光转换效率: -×100% (21 7p= F×V 式中: 电光转换效率,%; ) 规定的工作电流,单位为安(A); I 13
GB/I31359g一2015 P -规定的工作电流I对应的激光功率,单位为瓦(w); V 规定的工作电流I对应的正向电压,单位为伏(V). 5.12波长-温度漂移系数 5.12.1 测试装置测试装置框图见图8 说明半导体激光器 -驱动电源; 温度调控装置; 光闸(适用时) 衰减器(适用时); 光谱分析仪图8波长-温度漂移系数测试装置框图 5.12.2测试步骤波长-温度系数的测试按照以下步骤进行: a)按照图8建立测试装置,首先按图示顺序摆放和连接测试仪器; b)使用光闸(适用时),可阻挡进人光谱分析仪的光选择合适的衰减器(适用时),将光衰减到光谱分析仪的正常工作范围内根据被测半导体激光器光输出光谱范围设置光谱分析仪的扫描范围、扫描分辨率和扫描灵敏度; 给被测半导体激光器施加正向电流到规定值,按方法5.13.2的步骤测出峰值波长,并记录对应热沉温度T; 在规定的热沉温度范围内,控制温度调控装置改变热沉温度,记录热沉温度T2,记录对应温度下的峰值波长入注热沉温度的增量与pn结温度增量基本一致,本方法中用热沉温度替代pn结温度,通常在低于0.5%占空比下进行测试 5.12.3数据处理按式(22)计算波长-温度漂移系数 "二 k= 22 式中 -波长-温度漂移系数,单位为纳米每摄氏度(nm/C); 规定电流下的峰值波长,单位为纳米(nm); Ap 14
GB/I3135g一2015 T 对应A下热沉温度,单位为摄氏度(C); -热沉温度T 对应的峰值波长,单位为纳米nm); Ap2 T 改变后的热沉温度,单位为摄氏度(). 5.13峰值波长 5.13.1 测试装置峰值波长测试装置框图见图9 说明: 半导体激光器驱动电源; -激光导人装置(适用时) 光谱仪图9峰值波长,谱宽度和中心波长测试装置框图 5.13.2测试步骤峰值波长的测试按照以下步骤进行: a)按照图9测试装置,首先按图示顺序摆放和连接测试仪器 b将半导体激光器发出的激光通过激光导人装置(含衰碱器,积分球等)导人光谱分析仪中 e)根据被测激光器光谐范围设置光谱分析仪的扫描范围、扫描分辨率和扫描灵敏度 d)给被测激光器施加正向电流到规定值,光谱分析仪在所设置的波段内扫描,记录波长入与该波长对应的相对光谱强度1 5.13.3数据处理按以下方法得出峰值波长: 根据记录的数据得到相对光谱强度与波长的分布曲线(I-入曲线),见图10; a b 最大相对光谱强度1，对应的波长入,为峰值波长强度( 波长图10峰值波长示意图 15
GB/I31359g一2015 5.14谱宽度 5.14.1测试装置测试装置框图见图9 5.14.2测试步骤参见5.13.2步骤进行 5.14.3数据处理按以下方法得谱宽度: a)根据记录的数据得到相对光谱强度与波长的分布曲线(1-曲线),见图11; b 找到最大相对光谱强度I的50%处对应的最大光谱间隔点入，和入a; e按式(23)计算谱宽度; d)对于多波长半导体激光器,可分别独立测试 A入rwM=入2一入 23 式中谱宽度,单位为纳米(nm) A入rwM1 在1-入曲线上,最大相对光谱强度50%处对应的最短波长,单位为纳米(nm); 入在1-入曲线上,最大相对光谐强度50%处对应的最长波长,单位为纳米(nm) A 强度() 100%(. 509% 波长图11 谱宽度示意图 5.15中心波长 5.15.1 测试装置测试装置框图见图9 5.15.2测试步骤参见5.13.2步骤进行 5.15.3数据处理按以下方法计算中心波长; 根据记录的数据得到相对光谱强度与波长的分布曲线(-入曲线),见图12; a 16
GB/T31359一2015 b 按式(24)计算中心波长; 对于有多波长半导体激光器,可分别独立测试入1十入" 入 = 24 式中: 中心波长,单位为纳米(nm); 在I-曲线上,最大相对光谱强度50%处对应的最短波长,单位为纳米(nm) 在1-曲线上,最大相对光谱强度50%处对应的最长波长,单位为纳米(nm) 强度( 100% 509% 波长) 图12中心波长示意图 5.16偏振度 5.16.1测试装置测试装置框图见图13. 说明: 驱动电源 2 -半导体激光器; 3 光束整形器(适用时); 检偏器; -激光功率计或能量计图13偏振度测试装置框图 5.16.2测试步骤偏振度的测试按照以下步骤进行: 按照图13建立测试装置,首先按图示顺序摆放和连接测试仪器 a b)调节光束整形器(适用时),将垂直人射光的光束尺寸限制在检偏器的有效接收口径之内给被测激光器加电到规定的工作状态; c 17
GB/T31359一2015 d 旋转检偏器,测得最大激光功率Pi,最小激光功率P2 5.16.3数据处理按式(25)计算偏振度: 100% Pa 25 P十P 式中: ？偏振度; P -最大激光功率,单位为瓦(w); P，最小激光功率,单位为瓦(w) 5.17 重复频率 5.17.1测试装置测试装置框图见图14 说明: 半导体激光器; 驱动电源光闸(适用时); 光电探测器; 5- 示波器 14重复频率和脉冲宽度测试装置框图图 5.17.2测试步骤重复频率的测试按照以下步骤进行 a)按照图14建立测试装置,首先按图示顺序摆放和连接测试仪器,使用光闸(适用时),调节进人光电探测器(激光波形探测器)的激光 b根据被测半导体激光器输出光强设置示波器的挡位; e)给被测激光器加电到规定的工作状态; d)示波器记录光脉冲波形(见图15). 18
GB/T31359一2015 强度() 1009% 0% 时间0 图15示波器记录的光脉冲波形 5.17.3数据处理按式(26)计算重复频率: = 26 式中: -重复频率,单位为赫兹(Hz); 脉冲周期,单位为微秒(4s) 5.18脉冲宽度 5.18.1测试装置测试装置框图见图14 5.18.2测试步骤脉冲宽度的测试按照以下步骤进行 a)按照图14建立测试装置,首先按图示顺序摆放和连接测试仪器,使用光闸(适用时),调节进人光电探测器(激光波形探测器)的光 b根据被测半导体激光器输出光强设置示波器的挡位; c 给被测激光器加电到规定的工作状态 d)示波器记录光脉冲波形(见图15). 5.18.3数据处理按式(27)计算脉冲宽度: 式中肤冲宽度-单位为微秒(g) 脉冲最大值的50%处对应的时间点,单位为微秒(us) t 和1 5.19光强分布 5.19.1扫描法(仲裁法 5.19.1.1测试装置测试装置框图见图16 19
GB/I31359g一2015 说明: 半导体激光器驱动电源; 旋转平移台; 取样装置， 5 -激光强度测量仪图16光强分布测试装置框图(扫描法 5.19.1.2测试步骤扫描法的测试按照以下步骤进行: a)按照图16建立测试装置,首先将激光器水平固定,确保激光器发光儿何中心与取样装置的几何中心等高 b 扫描为二维扫描,以发光面儿何中心为原点,设定垂直于发光面的法线方向为轴,建立笛卡尔坐标系以垂直于发光面的平面作为扫描面,以在原点处垂直于扫描面(过原点)与发光面的交线为扫描基准线,沿扫描基准线改变扫描步进,按规定的扫描半径和步长,旋转取样装置或旋转被测激光器,每次扫描以扫描基准线为轴旋转在扫描面上进行扫描,见图17; dD 按规定的扫描面步进,完成扫描基准线上全部扫描; 记录每次扫描面在扫描基准线上距原点的距离; e 记录取样装置相对于扫描中心的角度0以及对应光强度1,绘制出光强曲面(-/-y曲面),参见附录A中的图A.1 注1:测量位置处每个发光单元对光强都应有贡献,对于多个发光点的半导体激光器,扫描半径至少大于扫描方向激光器光斑尺寸的50倍注2:取样装置透光面积应小于被测半导体激光器光斑尺寸的1/50 注3:经过多次光学整形后的半导体激光器光强分布测量方法参照GB/T24664 20
GB/I3135g一2015 取样装置半导体激光器扫描基准线图17扫描法测试光强分布示意图 5.19.1.3数据处理光强分布可以通过不同位置的强度来表征,根据记录的1、0、y值,绘制出光强曲面(14y曲面). 参照图A.1 5.19.2电荷耦合元件(cCD)成像法 5.19.2.1测试装置测试装置框图见图18. 说明: 半导体激光器; 驱动电源; 衰减器(适用时); CCD. 图18cCD成像法测试装置框图 5.19.2.2测试步骤利用CCD成像法测试光强分布按以下步骤进行 21
GB/I31359g一2015 按照图18建立测试装置,首先将激光器固定在测试平台上; a b)给激光器加电流至工作电流; 在远远大于瑞利长度的位置,使用CCD对光斑进行拍照,拍照时确保激光器发出的全部光人射到cCD探测面内,通过调节衰减器使cCD感光不出现饱和,然后对图片进行灰度分析,绘制出灰度值-像素点曲线,见图19 注:本方法适用于激光发散角较小的半导体激光器灰度值像素点图19灰度值-像素点曲线图 5.19.2.3数据处理灰度值-像素点曲线见图19,每个像素点都对应一个灰度值最大灰度值对应最大光强,最小灰度值对应最小光强光强分布可以通过图片上每个像素点的灰度分布来表征 5.19.3漫反射成像法 5.19.3.1测试装置测试装置框图见图20. 说明半导体激光器; 驱动电源漫反射屏; 衰减器(适用时); CCD或者相机图20漫反射成像法测试装置框图 22
GB/I3135g一2015 5.19.3.2测试步骤利用漫反射成像法测试光强分布按以下步骤进行按照图20建立测试装置,首先将激光器固定在测试平台上; a b给激光器加电流至工作电流; 在远远大于瑞利长度的位置,使用cCD或相机对漫反射屏的光斑进行拍照,拍照时确保屏上的光斑全部在CCD或相机的成像范围内,通过调节衰减装置使CCD或相机感光不出现饱和，然后对图片进行灰度分析 5.19.3.3数据处理光斑图片上每个点都可以得到一个灰度值,绘制出灰度-像素曲线,见图19 最大灰度值对应最大光激分布道过图片上每个像索点的灰度分布来我征光强,最小灰度值对应最小光强 5.20光束宽度测试装置 5.20.1 测试装置框图见图16 5.20.2测试步骤光束宽度测试按照以下步骤进行 a)测试步骤按照5.19.1.2获得光强分布; b)以-Ly曲面参照图A.1,最大峰值光强的一半高度处(或其他约定位置)与文轴方向的垂直相交面,所对应的最大垂直宽度为光束宽度值 5.20.3数据处理按式(28)计算光束宽度: Al=d一d 28) 式中: 光束宽度,单位为毫米(mm); Al d和d 最大宽度对应的坐标位置,单位为毫米(mm) 5.21快轴发散角和慢轴发散角 5.21.1光斑尺寸法 5.21.1.1测试装置测试装置框图见图16 5.21.1.2测试步骤利用光斑尺寸法测试快轴发散角和慢轴发散角按照以下步骤进行 a 测试步骤按照5.20.2测出光束宽度; b 在距发光面一定距离处,利用快轴方向光束宽度和慢轴方向的光束宽度,计算出快轴发散角和慢轴发散角 23
GB/I31359g一2015 5.21.1.3数据处理按式(29)计算快轴发散角: dl 0=2×arctan 29 Z 按式(30)计算慢轴发散角: dl 0=2×arctan (30 Z 式中: 快轴发散角,单位为度("); 0 慢轴发散角,单位为度('); 快轴光束宽度的一半,单位为毫米(mm); 慢轴光束宽度的一半,单位为毫米(mm); Z 光斑所在平面到发光面的距离,单位为毫米(n mm 5.21.2扫描法 5.21.2.1测试装置测试装置框图见图16. 5.21.2.2测试步骤利用扫描法测试快轴发散角和慢轴发散角按照以下步骤进行按照图16建立测试装置,首先将激光器水平同定,确保激光器发光几何中心与取样装置的几儿 a 何中心等高以发光面几何中心为原点,以原点为扫描中心,沿快慢轴方向进行扫描; b 记录取样装置相对于扫描中心的角度0以及对应光强度1,以最大峰值光强的一半高度处(或其他约定位置)所对应的角度值之和为快轴发散角,必要时绘制出1-0曲线,见图21; d)旋转取样装置或旋转被测激光器,分别沿慢轴方向进行扫描记录取样装置相对于扫描中心的角度0以及对应光强度1,以最大峰值光强的一半高度处(或 e 其他约定位置)所对应的角度值之和为慢轴发散角,必要时绘制出1-0曲线,见图21 5.21.2.3数据处理强度( 009% 规定百分比角度( 图211-0曲线 24
GB/T31359一2015 按式(31)计算快轴发散角: (31 0=0十0 按式(32)计算慢轴发散角: 32 0=0十0e 式中: 日 -快轴发散角,单位为度("); 0 -慢轴发散角,单位为度(") 注1:测量位置处每个发光单元对光强都应有贡献,对于多个发光点的半导体激光器,扫描半径至少大于扫描方向激光器光斑尺寸的50倍注2当LGB/I31359g一2015 口口一口说明半导体激光器驱动电源; 光衰减装置; 光谱分析仪图23边模抑制比测试框图 5.22.2测试步骤边模抑制比测试按照以下步骤进行 a)按照图23建立测试装置; b对被测半导体激光器施加工作电流,待激光器工作稳定后,使用光谱分析仪测量,得到强度-波长(-)曲线,见图24 强度D5 波长图24强度-波长曲线 5.22.3数据处理按式(34)计算得出边模抑制比: SMSR=10lg(I./I 34 式中: -峰值光强 Io -强度-波长曲线上除峰值强度之外的最大强度 5.23截止频率 5.23.1测试装置测试装置框图见图25 26
GB/I3135g一2015 说明 -半导体激光器; 光电探测器; 半导体激光器驱动电源; 频率可调正弦交流发生器; 数据采集器图25截止频率测试框图 5.23.2测试步骤截止频率测试按照以下步骤进行: a 按照图25建立测试装置; b按产品详细规范规定对被测半导体激光器施加直流偏置电流,并叠加交变正弦调制电流待激光器工作稳定后,保持直流偏置电流和交变正弦调制电流恒定,增加调制频率,用光电探测器测试输出光功率,得到输出光功率对数频率响应曲线,见图26 光电探测器相对输出/dB 10 频率/GHz 图26频率响应曲线 5.23.3数据处理光电探测器测试输出光功率相对初始测量值下降3dB时对应的调制频率为截止频率f. 27

半导体激光器测试方法GB/T31359-2015解读

近年来，随着信息技术的发展和应用场景的不断拓展，半导体激光器作为一种重要的光电器件，其品质与性能的稳定性越来越受到关注。而对于激光器的测试方法，也是保证其品质与性能的重要保障。

GB/T31359-2015《半导体激光器测试方法》是我国针对半导体激光器测试制定的标准，该标准旨在规范半导体激光器测试的基本方法、指标和技术参数等方面，提高半导体激光器的测试水平和品质。

1. 测试环境

在进行半导体激光器测试之前，需要注意测试环境的选择和控制。GB/T31359-2015指出，在测试过程中应该避免强光源和强电磁场的干扰，并保证温度、湿度等环境参数的稳定。

2. 测试方法

半导体激光器测试方法主要包括以下几个方面：

激光输出功率测试

该测试方法旨在测量激光器的输出功率，通常会采用功率计进行测试。在测试中需要调整激光器的偏压、电流和工作温度等参数，以得到稳定的输出功率。

激光器发射光谱测试

该测试方法旨在测量激光器的发射光谱特性，通常会采用光谱分析仪进行测试。在测试中需要控制激光器的电流和温度等参数，以得到稳定的发射光谱。

激光器输出光束质量测试

该测试方法旨在测量激光器的输出光束质量，通常会采用M2测量仪进行测试。在测试中需要将激光束聚焦到一个小点上，并测量其光斑直径和发散角等参数，从而得到输出光束质量的数值。

3. 测试指标和技术参数

半导体激光器测试指标和技术参数是衡量半导体激光器品质与性能稳定性的重要标准。在《半导体激光器测试方法》中，主要包括以下指标和参数：

输出功率、斜率效率、阈值电流等基本性能指标
发射光谱特性、中心波长、线宽等光学性能指标
M2因子、光束散角等输出光束质量指标

总之，GB/T31359-2015《半导体激光器测试方法》规范了半导体激光器测试的基本方法、指标和技术参数，对于半导体激光器行业的发展和应用具有重要意义。因此，相关企业和机构应该认真遵循该标准，加强对半导体激光器测试的研究和实践，提高半导体激光器的品质与性能稳定性，推动半导体激光器行业的健康发展。