一種適應低溫環境的半導體激光器系統及其測試系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種適應低溫環境的半導體激光器系統，該系統能夠適應低溫環境，且產品體積較小、調節方便、響應迅速。該半導體激光器系統包括電源、半導體激光器和控制器，電源接至半導體激光器的驅動輸入端；所述電源是一臺同時具備脈沖激勵以及直流激勵的電流源，所述控制器用以調節電源的直流輸出部分，利用直流偏置電流引起的溫升來調節半導體激光器的波長。本實用新型結構簡單，通用性更好，調節過程的響應時間迅速，不受惡劣環境的影響；測試成本較低，在實踐中具有廣闊的應用前景。
【專利說明】一種適應低溫環境的半導體激光器系統及其測試系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種半導體激光器系統及其測試系統。
【背景技術】
[0002]在極端環境下，比如零下20°C時，大部分激光器無法正常工作，不能達到需要的性能參數，尤其不能達到半導體激光器所需波長的要求。現有技術主要是通過對半導體激光器進行接觸式加熱，用以升高半導體激光器的溫度，從而使半導體激光器的波長可以滿足需求。例如，傳導冷卻型半導體激光器通過升高熱沉的溫度而使半導體激光器的溫度升高從而實現對輸出波長的控制。現行技術用溫度控制波長的方式需要精確的溫度反饋控制系統，以及接觸半導體激光器的溫度傳導模塊，因此，用溫度控制波長的裝置不僅需要較為復雜的電路、模塊化設計，同時也需要編寫相應的程序軟件對溫度進行控制。要達到精確且快速響應要求的溫度控制系統，必須選用精度更高、響應時間迅速的儀器設備，為半導體激光器波長測試系統帶來更高的成本。
實用新型內容
[0003]為了克服現有技術下產品體積、重量較大，響應緩慢等缺陷，本實用新型提供一種新的半導體激光器系統，該系統能夠適應低溫環境，且產品體積較小、調節方便、響應迅速。
[0004]本實用新型提供以下解決方案:
[0005]一種能夠適應低溫環境的半導體激光器系統，包括電源、半導體激光器，電源接至半導體激光器的驅動輸入端；其特殊之處在于:該半導體激光器系統還包括控制器；所述電源兼有脈沖輸出和直流輸出功能，所述控制器用以調節電源的直流輸出部分。
[0006]上述電源優選一臺同時具備脈沖激勵以及直流激勵的電流源。該電流源具體可以由脈沖電源電路和直流電源電路并聯構成。
[0007]經實驗證實，所設計的脈沖電源電路和直流電源電路的內部阻抗等參數需相匹配，才能夠將脈沖電源電路和直流電源電路設計成并聯結構；直流電源中的阻抗遠遠大于半導體激光器的阻抗，所以對于脈沖電源，其電流只經過半導體激光器，而未將直流電源做為負載。目前，電源廠商也可以根據用戶需要定制此類電源。
[0008]上述半導體激光器系統的波長調節方法，包括以下步驟:
[0009]( I)直流偏置電流測試
[0010](1.1)電源按照標準值對半導體激光器輸出脈沖電流；
[0011](1.2)當半導體激光器達到閾值電流時，保持脈沖電流輸出，加載直流偏置電流；
[0012](1.3)利用直流偏置電流引起的溫升來調節半導體激光器的波長；通過改變直流偏置電流大小并實時檢測波長信息，得出半導體激光器的波長與加載的直流偏置電流的函數關系；
[0013](2)半導體激光器系統工作的溫控調節
[0014]依照步驟(1.1)進行操作，當半導體激光器達到閾值電流時，保持脈沖電流輸出，根據步驟(1.3)得到的函數關系，加載相應的直流偏置電流。
[0015]相應的，本實用新型的波長調節測試系統，即包括上述半導體激光器系統，半導體激光器的激光輸出通道分為兩個支路，一個支路上設置有功率計，另一個支路上設置有光譜儀。
[0016]由脈沖電源激勵半導體激光器的電流超過其閾值電流而發光，然后由直流電源按一定步進量調節，同時用光譜儀測試其輸出波長，得出直流電流與波長的對應關系，從而達到由直流電流控制半導體激光器波長的功能。在低溫情況下，為無法達到波長要求的半導體激光器提供合適的直流偏置電流，從而調諧波長。
[0017]功率計用來本系統中半導體激光器的功率，觀察本系統中半導體激光器功率是否衰減。功率計的作用主要是為了測試本系統直流電源加載后對半導體激光器功率的影響。
[0018]本實用新型具有以下優點:
[0019]本實用新型結構簡單，通用性更好，調節過程的響應時間迅速，不受惡劣環境的影響。
[0020]本實用新型能夠采用簡單的控制模型(函數關系)進行精確、穩定的調節。
[0021]本實用新型所需部件簡單，測試成本較低，在實踐中具有廣闊的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型的溫控調節測試系統的結構示意圖。
[0023]圖2為本實用新型一個實施例的半導體激光器中心波長與直流偏置的關系。
[0024]圖3為本實用新型一個實施例的半導體激光器平均功率與直流偏置的關系。
【具體實施方式】
[0025]本實施例的輸入電源是一臺同時具備脈沖激勵以及直流激勵的電流源，為半導體激光器供電，且可以改變其中的直流分量。在低溫條件下，加載直流分量能夠引起溫升，使得半導體激光器正常啟動，并調諧半導體激光器的波長。
[0026]實際應用中，首先需要脈沖電流源對半導體激光器激勵，讓半導體激光器在工作狀態下發光。然后，調節小于閾值電流的直流電流源，利用直流電流引起的溫升來調節半導體激光器的波長。根據大量的實驗結果可以得出半導體激光器的波長與輸入的直流偏置電流的線性關系.故在極端惡劣的條件下，可以通過調諧輸入的直流電流來控制半導體激光器的波長從而可以達到預期的功能(比如將該半導體激光器用作泵浦源)。
[0027]測試時，被測的半導體激光器采用相應的卡具固定裝載并將其正負端子導出接入電源。測試系統的輸出部件包括光譜儀、功率計以及相應的測試軟件。其中，光譜儀用于測試半導體激光器發出的激光波長；采用功率計，最終能夠測得加載不同的偏置電流對應的功率的變化值；由此即可得出半導體激光器波長與偏置電流的對應曲線，以及同等情況下功率的變化趨勢。這樣，可以在實際應用中，即可選取合適的直流偏置輸入來獲得期望的波長和功率。
[0028]下面給出一例半導體激光器激光輸出與直流偏置電流的關系實驗:
[0029]測試時的環境溫度溫度控制在25V ;功率計置于產品前端讀取平均功率值；光譜儀置于產品前端讀取勻化后的中心波長值。在測試時保證脈沖電源的輸入，并調諧直流電流而獲取變化的波長與功率。
[0030]實驗數據如下:
[0031]實驗在200us，20Hz，80A脈沖激勵條件下進行。調諧直流偏置從0.2?5A，步進為
0.2A。讀取功率以及中心波長結果，按散點圖排列如圖2、3所示。兩圖的橫坐標均為直流
偏置值。
[0032]從圖2可得，中心波長與直流偏置成線性關系，擬合后公式為y=2.798x+794.582。當直流電流增加到5A時，中心波長增加了 13nm。
[0033]從圖3可得，平均功率隨著直流電流增大，而緩變下降。當直流電流增加到5A時，平均功率下降了 0.44W。用excel中多項式擬合的方法，擬合出功率隨偏置電流的變化關系:y= - 0.017x2+0.0Olx+1.491。
【權利要求】
1.一種適應低溫環境的半導體激光器系統，包括電源、半導體激光器，電源接至半導體激光器的驅動輸入端；其特征在于:該半導體激光器系統還包括控制器；所述電源兼有脈沖輸出和直流輸出功能，所述控制器用以調節電源的直流輸出部分。
2.根據權利要求1所述的半導體激光器系統，其特征在于:所述電源是一臺同時具備脈沖激勵以及直流激勵的電流源。
3.一種半導體激光器波長調節測試系統，包括權利要求1所述的半導體激光器系統，半導體激光器的激光輸出通道分為兩個支路，一個支路上設置有功率計，另一個支路上設置有光譜儀。
【文檔編號】H01S5/06GK203747239SQ201320877315
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2013年12月25日 優先權日:2013年12月25日
【發明者】劉興勝, 祝麗莉, 吳迪 申請人:西安炬光科技有限公司