專利名稱：一種激光器壽命測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光器測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于大功率半導(dǎo)體激光器壽命測(cè)試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大功率半導(dǎo)體激光器在通信、軍事、醫(yī)療等許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其可靠性作為衡量激光器產(chǎn)品的重要指標(biāo)越來越為人們所重視。這主要由于(1)通過半導(dǎo)體激光器的可靠性研究，可以準(zhǔn)確的判斷半導(dǎo)體激光器的失效機(jī)制。(2)測(cè)試半導(dǎo)體激光器的實(shí)際工作壽命時(shí)間。(3)為半導(dǎo)體激光器的老化性研究提供依據(jù)。(4)為改進(jìn)器件設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)來提高半導(dǎo)體激光器的可靠性。然而，由于大功率半導(dǎo)體激光器的壽命測(cè)試往往需要在激光器工作狀態(tài)下，定時(shí)且長(zhǎng)期的測(cè)量多種激光器性能參數(shù)，不但需要測(cè)試設(shè)備具有較高的穩(wěn)定性與重復(fù)性，而且需要大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析。多年來，國(guó)內(nèi)外多家單位在半導(dǎo)體激光器壽命測(cè)試中做了大量工作。其中，美國(guó)ILX Light wave公司2003年開發(fā)生產(chǎn)的LRS-9420/LRS9422型激光器可靠性測(cè)試系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的測(cè)試溫度范圍為40°C _150°C溫控準(zhǔn)確度為士 1°C溫度穩(wěn)定度為士0. 5°C，最大驅(qū)動(dòng)電流500mA，所測(cè)激光器波長(zhǎng)范圍是600nm至1800nm，可提供恒定工作電流(ACC、恒定光功率(APC)、光功率一電流一電壓參數(shù)測(cè)試(LIV)三種測(cè)試模式。國(guó)內(nèi)激光器產(chǎn)品的壽命測(cè)試的手段及方法還處于理論研究階段。如吉林大學(xué)李紅巖等提出利用電導(dǎo)數(shù)測(cè)試法。利用電導(dǎo)數(shù)(V I關(guān)系一階導(dǎo)數(shù)與電流I的乘積)可以用來研究半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)參數(shù)特征，屆電壓飽和特征等，并依據(jù)這些參數(shù)預(yù)測(cè)激光器件的壽命。然而，現(xiàn)有的激光器壽命測(cè)試系統(tǒng)對(duì)激光器的測(cè)試功率范圍一般較低，而國(guó)內(nèi)所開發(fā)的激光器壽命測(cè)試系統(tǒng)，多數(shù)集中在手動(dòng)測(cè)量，或理論推導(dǎo)階段。這種方式難以保證測(cè)試的精確性與穩(wěn)定性，尤其是針對(duì)大功率的激光器測(cè)試時(shí)，其數(shù)據(jù)難以反映激光器的真實(shí)壽命工作過程。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種激光器壽命測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)す馄鞯恼麄€(gè)工作過程進(jìn)行全程監(jiān)控，定時(shí)對(duì)激光器在工作過程中的功率信息與光譜信息進(jìn)行采集，存儲(chǔ)，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)表，為激光器的長(zhǎng)期可靠性研究提供依據(jù)。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的這種激光器壽命測(cè)試系統(tǒng)，包括平臺(tái)以及設(shè)置在平臺(tái)上的工控機(jī)，所述平臺(tái)上還設(shè)有平行導(dǎo)軌和激光器水冷陣列，所述激光器水冷陣列與所述平行導(dǎo)軌相互平行；所述平行導(dǎo)軌上設(shè)有電動(dòng)平移臺(tái)，所述電動(dòng)平移臺(tái)上固定著積分球和功率探測(cè)PD，所述積分球通過光纖連接有光譜儀，所述光譜儀連接至工控機(jī)上；所述功率探測(cè)PD通過采集卡與工控機(jī)連接；所述激光器水冷陣列的旁側(cè)還設(shè)有溫度采集模塊，所述溫度采集模塊的輸出端連接至工控機(jī)的輸入端；所述電動(dòng)平移臺(tái)通過控制電纜連接有平移臺(tái)控制器，所述平移臺(tái)控制器連接到工控機(jī)上。上述激光器水冷陣列的進(jìn)水口通過管道和流量計(jì)連接至冷水機(jī)的出水口上，所述流量計(jì)通過巡檢儀連接到工控機(jī)上。上述巡檢儀、溫度采集模塊以及平移臺(tái)控制器通過三個(gè)串口連接器相連接。上述激光器水冷陣列上設(shè)置有由多個(gè)待測(cè)激光器組成的待測(cè)激光器陣列，所述待測(cè)激光器以等間距的排列方式置于激光器水冷陣列上，所述溫度采集模塊上安裝有多根熱電偶或熱電阻，所述多根熱電偶或熱電阻分別固定于待測(cè)激光器的熱沉處。上述激光器水冷陣列通過支架固定在所述平臺(tái)上。上述待測(cè)激光器陣列的電源輸入端連接有電源組，所述電源組對(duì)待測(cè)激光器進(jìn)行分組電連接供電，所述電源組通過GPIB控制器連接至工控機(jī)上。上述電源組是恒流電源或脈沖電源。以上所述工控機(jī)上設(shè)有控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括以下模塊參數(shù)設(shè)置模塊，用于設(shè)置所測(cè)激光器產(chǎn)品的基本信息，并將信息錄入數(shù)據(jù)庫(kù)；監(jiān)測(cè)模塊，用于對(duì)激光器陣列中的各激光器產(chǎn)品進(jìn)行溫度及水流量的監(jiān)測(cè)，當(dāng)產(chǎn)品溫度高于所設(shè)定的允許產(chǎn)品溫度上限或水流量低于所設(shè)定的產(chǎn)品工作流量時(shí)，自動(dòng)報(bào)警并切斷電源以保障待測(cè)激光器的安全；控制模塊，用于對(duì)承載積分球的平移導(dǎo)軌的進(jìn)給參數(shù)進(jìn)行控制，同時(shí)也對(duì)待測(cè)激光器功率采集及光譜采集的時(shí)機(jī)、速度等進(jìn)行控制；顯示模塊，顯示待測(cè)激光器的功率及光譜曲線，并給出待測(cè)激光器工作的中心波長(zhǎng)信息；數(shù)據(jù)報(bào)表模塊，給出待測(cè)激光器陣列中任意一個(gè)待測(cè)激光器的工作信息報(bào)表。本實(shí)用新型具有以下有益效果本實(shí)用新型以工控機(jī)作為總的控制核心，使待測(cè)激光器以等間距的排列方式置于激光器水冷陣列及上，通過電源組對(duì)待測(cè)激光器進(jìn)行分組電連接提供供電，該裝置在待測(cè)激光器工作狀態(tài)下，由平移導(dǎo)軌上的電動(dòng)平移臺(tái)帶動(dòng)積分球，按照設(shè)定的步長(zhǎng)對(duì)激光器陣列中的每一個(gè)待測(cè)激光器件產(chǎn)品進(jìn)行參數(shù)測(cè)試，其定時(shí)測(cè)試時(shí)間可以任意設(shè)定。這種測(cè)試形式不僅可以采用積分球+采集卡+光譜儀的方式進(jìn)行激光器功率及光譜的批量探測(cè)、有效提高半導(dǎo)體激光器的測(cè)試效率，而且本實(shí)用新型提供了一個(gè)通用的壽命測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)， 不僅可以進(jìn)行功率或譜線的掃描，也可進(jìn)行LIV產(chǎn)品參數(shù)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了多功能化。

圖1為本實(shí)用新型的原理框圖；圖2為本實(shí)用新型的的其中一種實(shí)施例的部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型運(yùn)行在工控機(jī)上的控制系統(tǒng)模塊框圖。其中1.平臺(tái)；2.平行導(dǎo)軌；3.積分球；4.激光器水冷陣列；5.支架；6.光譜儀； 8.巡檢儀；9. GPIB控制器；10.工控機(jī)；11.電源組；12.冷水機(jī)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述參見圖1和圖2，本實(shí)用新型的激光器壽命測(cè)試系統(tǒng)，包括平臺(tái)1以及設(shè)置在平臺(tái) 1上的工控機(jī)10等。其中平臺(tái)1是帶有桌腿的水平平臺(tái)，在平臺(tái)1上還設(shè)有平行導(dǎo)軌2和激光器水冷陣列4，激光器水冷陣列4通過支架5固定在所述平臺(tái)1上。激光器水冷陣列4 與平行導(dǎo)軌2相互平行。平行導(dǎo)軌2上的滑塊是電動(dòng)平移臺(tái)，該電動(dòng)平移臺(tái)上固定著激光器光功率探測(cè)裝置，其中激光器光功率探測(cè)裝置包括積分球3和功率探測(cè)PD，積分球3通過光纖連接有光譜儀6，光譜儀6連接至工控機(jī)10上；功率探測(cè)PD通過采集卡與工控機(jī)10連接。激光器水冷陣列4的旁側(cè)還設(shè)有溫度采集模塊，溫度采集模塊的輸出端連接至工控機(jī) 10的輸入端。電動(dòng)平移臺(tái)通過控制電纜連接有平移臺(tái)控制器，平移臺(tái)控制器連接到工控機(jī) 10上。激光器水冷陣列4的進(jìn)水口通過管道和流量計(jì)連接至冷水機(jī)12的出水口上，流量計(jì)通過巡檢儀8連接到工控機(jī)10上。巡檢儀8、溫度采集模塊以及平移臺(tái)控制器通過三個(gè)串口連接器相連接。本實(shí)用新型的激光器水冷陣列4上設(shè)置有由多個(gè)待測(cè)激光器組成的待測(cè)激光器陣列，待測(cè)激光器以等間距的排列方式置于激光器水冷陣列4上，溫度采集模塊上安裝有多根熱電偶或熱電阻，多根熱電偶或熱電阻分別固定于待測(cè)激光器的熱沉處。待測(cè)激光器陣列的電源輸入端連接有電源組11，電源組11對(duì)待測(cè)激光器進(jìn)行分組電連接供電， 電源組11還通過GPIB控制器9連接至工控機(jī)10上。在本實(shí)用新型中，該電源組11可以采用恒流電源或脈沖電源。以上對(duì)本實(shí)用新型的各部分間聯(lián)系關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)描述，以下通過各功能區(qū)的工作原理及作用來進(jìn)一步介紹本實(shí)用新型的各組成部分1)激光器水冷陣列4 激光器水冷陣列4是由若干個(gè)激光器水冷塊組成的，在本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例中，如圖2所示，激光器水冷陣列4是固定設(shè)置在支架5上的，支架5 用于將各水冷塊并聯(lián)并固定住，各水冷塊之間并聯(lián)后有一對(duì)公用的進(jìn)水口和出水口用于給各制冷塊提供循環(huán)的冷卻液。該激光器水冷陣列4主要為工作中的待測(cè)激光器提供制冷。2)水冷機(jī)構(gòu)。包括冷水機(jī)、流量計(jì)和巡檢儀三部分。其中冷水機(jī)12用于供應(yīng)對(duì)激光器陣列在工作狀態(tài)下的冷卻水，即制冷水機(jī)為激光器水冷陣列4提供循環(huán)冷卻水，其水路采用匯流排方式為激光器陣列中的每一個(gè)激光器進(jìn)行并聯(lián)式水路冷卻，從而確保每個(gè)待測(cè)激光器的工作溫度保持一致。流量計(jì)則安裝于冷水機(jī)12回水的總水路上，通過巡檢儀8 與工控機(jī)10通信，進(jìn)行實(shí)時(shí)水流量監(jiān)測(cè)。3)控制機(jī)構(gòu)。包括GPIB控制器9和平移臺(tái)控制器兩部分。其中GPIB控制器9用于對(duì)激光器電源組11的控制，平移臺(tái)控制器則通過控制電纜對(duì)平行導(dǎo)軌2上的電動(dòng)平移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行控制，使電動(dòng)平移臺(tái)能夠沿著平行導(dǎo)軌2直線滑動(dòng)。4)采集機(jī)構(gòu)。包括功率探測(cè)PD、光譜儀6、采集卡和溫度采集模塊四部分。功率探測(cè)PD置于積分球3上，用于探測(cè)待測(cè)激光器工作狀態(tài)下所發(fā)出的光功率。通過功率探測(cè)PD 光電轉(zhuǎn)換，將功率信號(hào)送入采集卡中，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)功率采集。光譜儀6則通過連接在積分球3上的光纖對(duì)激光器的光譜信息進(jìn)行采集。溫度采集模塊則用于待測(cè)激光器陣列中的每一個(gè)待測(cè)激光器熱沉的溫度的探測(cè)。其通過多個(gè)安裝在待測(cè)激光器熱沉處的熱電偶或熱電阻實(shí)現(xiàn)每一個(gè)待測(cè)激光器工作狀態(tài)下的溫度探測(cè)。5)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。包括電源組11、平移導(dǎo)軌2、積分球3三部分。電源組11用于對(duì)激光器陣列提供激勵(lì)。平移導(dǎo)軌2上的電動(dòng)平移臺(tái)安裝積分球3，由平移臺(tái)控制器控制電動(dòng)平移臺(tái)進(jìn)行二維平動(dòng)，對(duì)激光器陣列中的每一個(gè)待測(cè)激光器進(jìn)行功率信息及光譜信息的獲取。本實(shí)用新型以工控機(jī)10作為控制核心，因此，除了以上硬件設(shè)備為，還需要在工控機(jī)10上配備相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，即在工控機(jī)10上設(shè)有用于檢測(cè)、采集、處理和顯示測(cè)試中各種數(shù)據(jù)的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)如圖3所示。主要包括參數(shù)設(shè)置模塊、監(jiān)測(cè)模塊、控制模塊、顯示模塊和數(shù)據(jù)報(bào)表模塊五大部分。以下詳細(xì)說明各部分的具體作用參數(shù)設(shè)置模塊用于設(shè)置所測(cè)激光器產(chǎn)品的基本信息，并將信息錄入數(shù)據(jù)庫(kù)。監(jiān)測(cè)模塊用于對(duì)激光器陣列中的各激光器產(chǎn)品進(jìn)行溫度及水流量的監(jiān)測(cè)，當(dāng)產(chǎn)品溫度高于所設(shè)定的允許產(chǎn)品溫度上限或水流量低于所設(shè)定的產(chǎn)品工作流量時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警并切斷電源以保障產(chǎn)品安全?？刂颇K用于對(duì)承載積分球的平移導(dǎo)軌的進(jìn)給參數(shù)進(jìn)行控制，同時(shí)也對(duì)激光器功率采集及光譜采集的時(shí)機(jī)、速度等進(jìn)行控制。顯示模塊則可通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊的方式選擇所需顯示的激光器產(chǎn)品的功率及光譜曲線，并通過軟件處理給出激光器工作的中心波長(zhǎng)信息。數(shù)據(jù)報(bào)表模塊則通過一個(gè)可選擇所需激光器報(bào)表的選擇窗，給出激光器陣列中任意一個(gè)激光器產(chǎn)品的工作信息報(bào)表。本實(shí)用新型中設(shè)備采用二維平移系統(tǒng)，另外在本實(shí)用新型的變換方案中，也可采用三維或四維移動(dòng)裝置對(duì)設(shè)備中的待測(cè)激光器進(jìn)行多維探測(cè)。本實(shí)用新型中設(shè)備采用積分球+采集卡+光譜儀的方式進(jìn)行激光器功率及光譜的探測(cè)，也可采用功率探測(cè)器進(jìn)行功率探測(cè)。同時(shí)，本實(shí)用新型是提供了一個(gè)通用的壽命測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)，不僅可以進(jìn)行功率或譜線的掃描，也可進(jìn)行LIV產(chǎn)品參數(shù)測(cè)試。在此基礎(chǔ)上，平移系統(tǒng)安裝遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試裝置或近場(chǎng)測(cè)試裝置或偏振測(cè)試裝置后，則可分別進(jìn)行激光器在長(zhǎng)時(shí)間工作過程中的遠(yuǎn)場(chǎng)、近場(chǎng)和偏振參數(shù)功能測(cè)試。在水路連接方式上，本實(shí)用新型中設(shè)備的激光器水冷支架的水冷并聯(lián)方式，也可采用分組并聯(lián)方式，或串聯(lián)水路方式，其水路連接方式主要由激光器的散熱需求而確定。 在溫度測(cè)量方式中，本實(shí)用新型中設(shè)備的激光器陣列的溫度探測(cè)采用熱電偶探測(cè)的方式， 也可采用熱電阻探測(cè)的方式。在電源的選用上，本實(shí)用新型中激光器電源組采用恒流電源， 也可采用脈沖電源。具體采用哪一種電源僅取決于激光器產(chǎn)品本身的工作方式。綜上所述，本實(shí)用新型提供了一套用于激光器壽命測(cè)試的自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可針對(duì)不同封裝類型、不同功率及數(shù)量的激光器產(chǎn)品進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間自動(dòng)參數(shù)測(cè)試。在工作過程中自動(dòng)對(duì)所測(cè)激光器產(chǎn)品的功率及光譜信息進(jìn)行采集并記錄，并可進(jìn)行自動(dòng)報(bào)表打印數(shù)據(jù)，形成測(cè)試報(bào)告，為激光器產(chǎn)品失效分析及研究提供依據(jù)。
權(quán)利要求1.一種激光器壽命測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于包括平臺(tái)(1)，所述平臺(tái)(1)上設(shè)有平行導(dǎo)軌O)，在平行導(dǎo)軌O)的旁側(cè)設(shè)有激光器水冷陣列(4)；在平行導(dǎo)軌( 上通過滑塊固定有激光器光功率探測(cè)裝置；所述平臺(tái)(1)上還設(shè)有溫度采集模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器壽命測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述平臺(tái)(1)是帶有桌腿的水平平臺(tái)，所述激光器水冷陣列(4)與所述平行導(dǎo)軌( 相互平行；所述平行導(dǎo)軌(2) 上的滑塊是電動(dòng)平移臺(tái)，所述電動(dòng)平臺(tái)上固定著積分球C3)和光功率探測(cè)器，所述積分球 (3)通過光纖連接有光譜儀(6)，所述光譜儀(6)連接至工控機(jī)(10)上；所述功率探測(cè)PD 通過采集卡與工控機(jī)(10)連接；所述激光器水冷陣列(4)的旁側(cè)還設(shè)有溫度采集模塊，所述溫度采集模塊的輸出端連接至工控機(jī)(10)的輸入端；所述電動(dòng)平移臺(tái)通過控制電纜連接有平移臺(tái)控制器，所述平移臺(tái)控制器連接到工控機(jī)(10)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光器壽命測(cè)試裝置，其特征在于所述激光器水冷陣列(4)的進(jìn)水口通過管道和流量計(jì)連接至冷水機(jī)(1 的出水口上，所述流量計(jì)通過巡檢儀⑶連接到工控機(jī)(10)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體激光器壽命測(cè)試裝置，其特征在于所述巡檢儀(8)、 溫度采集模塊以及平移臺(tái)控制器通過三個(gè)串口連接器相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光器壽命測(cè)試裝置，其特征在于所述激光器水冷陣列(4)上設(shè)置有由多個(gè)待測(cè)激光器組成的待測(cè)激光器陣列，所述待測(cè)激光器以等間距的排列方式置于激光器水冷陣列(4)上，所述溫度采集模塊上安裝有多根熱電偶或熱電阻， 所述多根熱電偶或熱電阻分別固定于待測(cè)激光器的熱沉處。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的半導(dǎo)體激光器壽命測(cè)試裝置，其特征在于所述激光器水冷陣列(4)通過支架(5)固定在所述平臺(tái)(1)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體激光器壽命測(cè)試裝置，其特征在于所述待測(cè)激光器陣列的電源輸入端連接有電源組(11)，所述電源組(11)對(duì)待測(cè)激光器進(jìn)行分組電連接供電，所述電源組(11)通過GPIB控制器(9)連接至工控機(jī)(10)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體激光器壽命測(cè)試裝置，其特征在于所述電源組(11) 是恒流電源或脈沖電源。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種激光器壽命測(cè)試系統(tǒng)，包括平臺(tái)，平臺(tái)上設(shè)有平行導(dǎo)軌和激光器水冷陣列；平行導(dǎo)軌上設(shè)有電動(dòng)平移臺(tái)，電動(dòng)平移臺(tái)上固定著積分球和功率探測(cè)PD，積分球通過光纖連接有光譜儀，光譜儀連接至工控機(jī)上；功率探測(cè)PD通過采集卡與工控機(jī)連接；激光器水冷陣列的旁側(cè)設(shè)有溫度采集模塊，溫度采集模塊連接至工控機(jī)；電動(dòng)平移臺(tái)通過控制電纜連接平移臺(tái)控制器，平移臺(tái)控制器連接到工控機(jī)上。該系統(tǒng)可針對(duì)不同封裝類型、不同功率及數(shù)量的激光器產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)參數(shù)測(cè)試。在工作過程中自動(dòng)對(duì)所測(cè)激光器產(chǎn)品的功率及光譜信息進(jìn)行采集并記錄，并可進(jìn)行自動(dòng)報(bào)表打印數(shù)據(jù)，形成測(cè)試報(bào)告，為激光器產(chǎn)品失效分析及研究提供依據(jù)。
文檔編號(hào)H01S5/00GK202003003SQ20102066376
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者代華斌, 劉興勝, 吳迪, 張彥鑫, 李鋒 申請(qǐng)人:西安炬光科技有限公司