专利名称：测量半导体激光器腔面温度的测试系统的制作方法
技术领域：
本发明是一种利用反射率随温度变化测量半导体激光器腔面温度的测试系统，属 于光电子激光器技术，特别是指一种测量半导体激光器腔面温度的测试系统。
背景技术：
半导体激光器腔面COD (腔面灾难性失效)是由于腔面局部温度过热导致大功率 半导体激光器烧毁的失效形式，是导致半导体激光器失效的一种重要形式，所以了解腔面 温度分布是研究半导体激光器失效的一种重要手段。由于半导体激光器腔面尺寸为微米量 级，所以要测得半导体激光器腔面温度、尤其是有源区温度比较困难。热反射测量法方法(Thermo-Reflectance，TR)是一种非接触和非破坏的测试方 法，被广泛的应用于半导体器件在有源情况下的温度分布。80年代到90年代，该技术就被 应用于半导体激光器腔面的温度分布的测量。基本理论热反射率测量法的基本原理，利用材料的反射率随温度变化而变化特性来间接测
量材料表面温度。具体公式表示为
「 ^ AR I BR ^rr——=--AT
R RdT(1)其中R为室温下腔面材料的反射率(相对值)，Δ R为反射率变化量，Δ T为温度
变化量定义热反射率常数Cm = 第这样公式⑴转化成
Δ·/ AT = Ctr —(2)热反射率Ctk是一个与材料特性及激光头激光波长相关的量的常数。由公式(2)
可以看出样品反射率相对变化量与ΔΤ成线性关系，可以通过测量样品反射率的相对
K
变化量来间接得到样品表面局部区域温度。
发明内容
本发明是一种测量半导体激光器腔面温度的测试系统，系统的空间分辨率为 65nm，腔面温度测试分辨率达0. 1°C。在以往报导文献中，通常都是通过搭建外围光路来形 成微小测试光斑以及探测微小光斑的反射光，本发明中的激光头�？槌耸涑鑫⒚琢考洞� 小的光斑外，还集成了收集反射光的光路以及探测反射光的探测器，在保证信号输出稳定 的同时，使得装置结构简单、体积小、系统搭建成本低。本发明提供一种测量半导体激光器腔面温度的测试系统，包括一三维微位移平台；一温控平台，该温控平台位于三维微位移平台的上面，温控平台上安装有样品架，方便将被测样品固定在温控平台上；一激光头�？椋眉す馔纺？槲挥谖驴仄教ǖ恼戏剑辜す馔纺？榉⒊龅募す� 光斑照射于温控平台上；一滤波片，该滤波片位于激光头�？橛胛驴仄教ㄖ涞墓饴飞希孤瞬ㄆ员徊� 样品发射的激光形成高反，对激光头�？榉⑸涞募す庑纬筛咄福灰宦龀宓缌髟矗寐龀宓缌髟聪蚣す馔纺？楣┑纾辜す馔纺？榉⒊鲆宦龀寮す猓灰恢绷鞯缌髟矗弥绷鞯缌髟聪蛭驴仄教ü┑纾灰恢绷鞯缌髟矗弥绷鞯缌髟次徊庋诽峁┕ぷ鞯缌鳎灰患嗫�(XD，该监控CXD监控被测样品，利于将激光头模块发出的激光光斑照射于 被测样品腔面上；一三维微位移平台控制器，该三维微位移平台控制器控制三维微位移平台的三维 移动；一锁相放大器，该锁相放大器的输入端与激光头�？榈氖涑龆肆樱灰惶ㄊ酵蛴帽恚锰ㄊ酵蛴帽淼氖淙攵擞胨喾糯笃鞯氖涑龆肆�。其中激光头�？榈募す獠ǔの�650nm，可以获得直径为1微米的测试光斑。其中三维微位移平台控制器控制三维微位移平台的三维移动，控制单步精度为 65nm,实现被测样品的腔面温度扫描。其中滤波片上镀有高反、增透膜，能够将被测样品发射的激光滤掉，防止该激光沿 光路进入激光头�？橹械奶讲馄鳎跋旒す馔纺？橹械奶讲馄鞯氖涑鲂藕�。其中滤波片上镀的高反膜的膜系为样品发出激光的高反膜，增透膜的膜系为 650nm增透膜。其中台式万用表的精度为nV量级，以精确读取锁相放大器输出信号。其中激光头�？橹屑闪耸占非幻娣瓷涔獾墓饴�。其中激光头�？橹屑闪颂讲庋非幻娣瓷涔獾奶讲馄�。其中温控平台位于三维微位移平台的上面，温控平台上安装有样品架，方便将样 品固定在温控平台上。其中温控平台能够起到制冷或加热的作用，其控制温度范围为10°C -120°C。
为进一步说明本发明的技术特征，结合以下附图，对本发明作一详细的描述，其 中图1是本发明测试系统的结构图。
具体实施例方式请参阅图1所示，本发明提供一种测量半导体激光器腔面温度的测试系统，包括一三维微位移平台8，三维微位移平台控制器10控制三维微位移平台8的三维移 动，控制单步精度为65nm，实现被测样品5的腔面温度扫描。一温控平台7，该温控平台7位于三维微位移平台8的上面，温控平台上安装有样品架，方便将样品5固定在温控平台7上。温控平台7能够起到制冷或加热的作用，在标定 被测样品5腔面材料反射率与温度关系时，温控平台7起加热作用，标定得到不同温度下， 被测样品5腔面对激光头�？�3发出的650nm激光发射率的大�。簧璞徊庋�5腔面温 度分布时，温控平台7起制冷作用，使工作台的温度处于室温，减小被测样品5的耗散功率 对测试的影响。其控制温度范围为10°C -120°C。一激光头�？�3，该激光头�？�3位于温控平台7的正上方，使激光头�？�3发出 的激光照射于温控平台7上，该激光头�？�3的激光波长为650nm，可以获得直径为1微米 左右的测试光斑。除了输出微米量级大小的光斑外，激光头�？�3中集成了收集样品5腔 面反射光的光路以及探测样品5腔面反射光的探测器。一滤波片4，该滤波片4位于激光头�？�3与温控平台7之间的光路上，滤波片4 上镀有高反、增透膜，其中高反膜能够将被测样品5发射的激光滤掉，防止该波长的光沿光 路进入激光头�？�3中的探测器，影响激光头模块3中的探测器的输出信号；滤波片4上镀 增透膜的膜系为650nm增透膜，使激光头�？�3的发出的650nm波长激光透射通过滤波片 4。一脉冲电流源1，该脉冲电流源1向激光头�？�3供电，脉冲电流源1给激光头模 块3施加一定频率的脉冲电流，使激光头�？�3发出该频率的650nm脉冲激光，脉冲激光经 过滤波片4到达被测样品5腔面，反射后，该脉冲激光再由激光头模块3中的探测器收集， 输出信号经由锁相放大器放大。一直流电流源2，该直流电流源2向温控平台7供电，使温控平台7控制温度范围 为 10°C -120°c ；一直流电流源6，该直流电流源6为被测样品5提供工作电流。一监控(XD9，该监控(XD9可以实时在位监测激光头�？�3发出的650nm激光光斑 照射在被测样品5腔面上的位置，为腔面温度扫描提供操作指导。一三维微位移平台控制器10，该三维微位移平台控制器10控制三维微位移平台8 的三维移动，控制单步精度为65nm，实现被测样品5的腔面温度扫描；—锁相放大器12，该锁相放大器12的输入端与激光头�？�3的输出端连接，将激 光头�？�3中探测器收集的650nm激光的反射信号提取出来，并放大输出。一台式万用表11，该台式万用表11的输入端与锁相放大器12的输出端连接，该台 式万用表11的精度为ην量级，以精确读取锁相放大器12输出信号。一三维微位移平台控制器10，该三维微位移平台控制器10可以电动控制三维微 位移平台8的三维移动，使激光头�？�3发射的激光光斑在被测样品5的腔面上扫描移动。下面结合附图对本发明的工作过程加以说明这里我们以808nm半导体激光器为被测样品5。激光头�？�3与808nm被测样品 5之间放置镀有808nm高反、650nm增透膜的滤波片4，防止808nm波长的光沿激光头�？�3 光路进入探测器，影响探测器的输出信号；650nm增透膜使激光头模块3的发出的650nm波 长激光透射通过滤波片4。步骤一、标定在不同温度下，被测样品5腔面对650nm激光的反射率大�。辉诓饬勘徊庋�5 (这里指808nm半导体激光器)在工作状态下的腔面温度之前， 首先要测量被测样品5腔面材料在不同温度下的反射率(相对值)，我们称这一步骤为标定被测样品5腔面对650nm激光的反射率与温度的关系。标定流程如附图1所示，在脉冲电流源1激励下，激光头�？�3中激光器激射出 一定频率的650nm的微米尺寸脉冲激光光斑，该激光光斑经过滤波片4后到达被测样品5 腔面。温控平台7给被测样品5加热(此时直流电流源6不供电，被测样品5不工作)，使 被测样品5腔面温度从室温到120°C每隔10°C梯度上升，激光头木块3发出的650nm脉冲 激光光斑被样品5器腔面反射后，调制携带了腔面温度信息(反射光的强度与样品5腔面 温度有关)，按原光路返回，被激光头木块3中探测器接收，探测器将调制携带了腔面温度 信息的光信号转换成电信号，频率与脉冲电流源1频率相同的电信号被附图1中的锁相放 大器12提取放大，信号示数由台式万用表11精确读取。测得每个温度点下被测样品5腔 面的反射率，线性拟合得到反射率与温度的线性关系曲线R-T，其中直线的斜率为
ap( 1 a/ V1^根据公式Cto =计算出半导体激光器腔面材料热反射率常数CTK。 dT ’yK οι j ^步骤二、测量被测样品5工作时腔面温度如附图1所示，用直流电流源6给被测样品5施加直流电流，被测样品5发出808nm 激光，样品5腔面温度上升。此时，温控平台7起制冷作用，使工作台的温度处于室温，减小 被测样品5的耗散功率对测试的影响。放置在被测样品5与激光头�？�3之间的镀膜滤波 片4将808nm激光滤掉，防止808nm波长的光沿激光头�？�3光路进入探测器，影响探测器 的输出信号。在脉冲电流源1激励下，激光头�？�3激射出一定频率的650nm脉冲激光，该 激光光斑经过滤波片4后到达被测样品5腔面，650nm激光被样品5腔面反射后，调制携带 了腔面温度信息，按原光路返回，被激光头木块3中探测器接收，探测器将调制携带了腔面 温度信息的光信号转换成电信号，频率与脉冲电流源1频率相同的电信号被附图1中的锁 相放大器12提取放大，信号示数由台式万用表11精确读取。步骤三、计算被测样品5工作时腔面温度在步骤一中，我们通过标定得到被测样 品5腔面材料热反射率常数CTK，室温腔面材料反射率R。在步骤二中，我们测得被测样品5
工作状态下的腔面反射率R'，根据公式
权利要求
1.一种测量半导体激光器腔面温度的测试系统，包括一三维微位移平台；一温控平台，该温控平台位于三维微位移平台的上面，温控平台上安装有样品架，方便 将被测样品固定在温控平台上；一激光头�？椋眉す馔纺？槲挥谖驴仄教ǖ恼戏剑辜す馔纺？榉⒊龅募す夤獍� 照射于温控平台上；一滤波片，该滤波片位于激光头�？橛胛驴仄教ㄖ涞墓饴飞希孤瞬ㄆ员徊庋� 发射的激光形成高反，对激光头�？榉⑸涞募す庑纬筛咄福灰宦龀宓缌髟矗寐龀宓缌髟聪蚣す馔纺？楣┑纾辜す馔纺？榉⒊鲆宦龀寮す猓灰恢绷鞯缌髟矗弥绷鞯缌髟聪蛭驴仄教ü┑纾灰恢绷鞯缌髟矗弥绷鞯缌髟次徊庋诽峁┕ぷ鞯缌鳎灰患嗫�(XD，该监控CXD监控被测样品，利于将激光头�？榉⒊龅募す夤獍哒丈溆诒徊� 样品腔面上；一三维微位移平台控制器，该三维微位移平台控制器控制三维微位移平台的三维移动；一锁相放大器，该锁相放大器的输入端与激光头�？榈氖涑龆肆樱灰惶ㄊ酵蛴帽恚锰ㄊ酵蛴帽淼氖淙攵擞胨喾糯笃鞯氖涑龆肆�。
2.根据权利要求1所述的测量半导体激光器腔面温度的测试系统，其中激光头�？榈� 激光波长为650nm，可以获得直径为1微米的测试光斑。
3.根据权利要求1所述的测量半导体激光器腔面温度的测试系统，其中三维微位移平 台控制器控制三维微位移平台的三维移动，控制单步精度为65nm，实现被测样品的腔面温 度扫描。
4.根据权利要求1所述的测量半导体激光器腔面温度的测试系统，其中滤波片上镀有 高反、增透膜，能够将被测样品发射的激光滤掉，防止该激光沿光路进入激光头模块中的探 测器，影响激光头模块中的探测器的输出信号。
5.根据权利要求4所述的测量半导体激光器腔面温度的测试系统，其中滤波片上镀的 高反膜的膜系为样品发出激光的高反膜，增透膜的膜系为650nm增透膜。
6.根据权利要求1所述的测量半导体激光器腔面温度的测试系统，其中台式万用表的 精度为nV量级，以精确读取锁相放大器输出信号。
7.根据权利要求1所述的测量半导体激光器腔面温度的测试系统，其中激光头�？橹� 集成了收集样品腔面反射光的光路。
8.根据权利要求1所述的测量半导体激光器腔面温度的测试系统，其中激光头�？橹� 集成了探测样品腔面反射光的探测器。
9.根据权利要求1所述的测量半导体激光器腔面温度的测试系统，其中温控平台位于 三维微位移平台的上面，温控平台上安装有样品架，方便将样品固定在温控平台上。
10.根据权利要求1所述的测量半导体激光器腔面温度的测试系统，其中温控平台能 够起到制冷或加热的作用，其控制温度范围为10°c -120°c。
全文摘要
一种测量半导体激光器腔面温度的测试系统，包括一三维微位移平台；一温控平台位于三维微位移平台的上面，温控平台上安装有样品架；一激光头�？槲挥谖驴仄教ǖ恼戏剑灰宦瞬ㄆ挥诩す馔纺？橛胛驴仄教ㄖ涞墓饴飞希孤瞬ㄆ员徊庋贩⑸涞募す庑纬筛叻矗约す馔纺？榉⑸涞募す庑纬筛咄福灰宦龀宓缌髟聪蚣す馔纺？楣┑纾辜す馔纺？榉⒊鲆宦龀寮す猓灰恢绷鞯缌髟聪蛭驴仄教ü┑纾灰恢绷鞯缌髟次徊庋诽峁┕ぷ鞯缌鳎灰患嗫谻CD监控被测样品，利于将激光头�？榉⒊龅募す夤獍哒丈溆诒徊庋非幻嫔希灰蝗⑽灰破教ǹ刂破骺刂迫⑽灰破教ǖ娜贫灰凰喾糯笃鞯氖淙攵擞爰す馔纺？榈氖涑龆肆樱灰惶ㄊ酵蛴帽淼氖淙攵擞胨喾糯笃鞯氖涑龆肆印�
文档编号G01K11/30GK102062647SQ20101056457
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者裘利平, 饶兰 申请人:中国科学院半导体研究所
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