專利名稱：一種激光器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)及激光器遠場測試裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于激光器測試領域，涉及一種半導體激光器遠場測試裝置，尤其是一種 激光器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)及激光器遠場測試裝置。
背景技術(shù)：
半導體激光器又稱激光二極管(LD)。具有體積小，效率高，能直接調(diào)制等特點。隨 著其制造技術(shù)的不斷提高，半導體激光器正向著增加功率、提高可靠性、降低光譜寬度、提 高亮度和無銦化方向發(fā)展。半導體激光器制造技術(shù)的發(fā)展也推動了其測試測量技術(shù)的不斷 進步。多年來，國內(nèi)外多家單位在半導體激光器參數(shù)測試都做了大量工作。其中，國外有美 國的Keithley公司、ILxlightwave公司、Newport公司以及加拿大Telops公司都開發(fā)出LD 參數(shù)測量系統(tǒng)。其系統(tǒng)采用模塊化設計方式，可實現(xiàn)激光器參數(shù)的自動或半自動測試。國 內(nèi)北京科技大學等單位也對激光器參數(shù)測試做了大量研究工作，其開發(fā)出一套綜合激光器 測試系統(tǒng)，可以測量激光器的輸出功率，分析激光器的光譜成分，以及計算LIV參數(shù)等。然而，在半導體激光器的大量測試參數(shù)中，遠場測試一直是其中的難點。由于半導 體激光器光束發(fā)散角較大(快軸發(fā)散角一股大于40度，慢軸發(fā)散角一股大于8度)，一股 的測試方法很難對其遠場特性進行全面描述。而半導體激光器遠場參數(shù)又為后期光學整形 提供重要依據(jù)，因此，遠場測試設備的開發(fā)越來越為人們所重視。目前通用測量方法是使用 步進電機帶動探測器，以垂直于激光器發(fā)光軸線的垂直平面移動至激光器發(fā)光范圍區(qū)域， 測量不同位置處的激光器光功率，達到遠場測試的目的。然而，這種方法存在以下明顯的缺 陷1)激光探測器水平運動至激光器發(fā)光區(qū)域時，各參考位置相對于激光器的絕對位置不 同，測試光功率誤差隨其相對位置變小而急劇增大。2)這種方式一股只能實現(xiàn)單一方向的光功率測試，而難以對激光器的整個遠場特 性進行描述。3)這種方式數(shù)據(jù)采集比較單一，使用數(shù)據(jù)記錄儀進行數(shù)據(jù)分析，自動化程度偏低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種激光器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃 描機構(gòu)及基于該機構(gòu)的激光器遠場測試裝置，其設計采用全自動化的控制方式，控制運動 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，對被測試的半導體激光器發(fā)光區(qū)快慢軸進行自動掃描，從而實現(xiàn)對激光器遠場 各項參數(shù)的計算與測量。本裝置采用模塊化的設計方式，可實現(xiàn)與其他半導體激光器測試 設備的方便兼容。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的這種激光器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)，包括 外殼、激光器探測器、第一電機和第二電機。另外還包括一個水平垂直導向架，水平垂直導 向架包含有一個水平向安裝臂和一個垂直向安裝臂，水平向安裝臂的端部安裝有軸向垂直 的第一電機，第一電機的輸出軸通過聯(lián)軸器連接有掃描旋轉(zhuǎn)臂，掃描旋轉(zhuǎn)臂的下端安裝有激光器探測器，垂直向安裝臂的端部與第二電機的輸出軸端固定連接，所述第二電機的輸出軸水平設置且第二電機固定于外殼上。上述水平向安裝臂和垂直向安裝臂相互垂直且成一體式結(jié)構(gòu)。上述第一電機和第二電機為步進電機或者伺服電機。上述掃描旋轉(zhuǎn)臂由設置于上下兩端的垂直連桿和連接兩垂直連桿的水平連桿組 成，上端的垂直連桿與第一電機的輸出軸連接，下端的垂直連桿端部固定有激光器探測器。上述掃描旋轉(zhuǎn)臂的水平連桿是一伸縮桿，使得激光探測器的臂長可以根據(jù)激光器 參數(shù)的不同進行長短調(diào)整。本發(fā)明還提供一種基于上述雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)的半導體激光器遠場測試裝置，包 括計算機、數(shù)據(jù)采集卡和電機運動控制模塊。所述計算機通過數(shù)據(jù)采集卡接收來自激光器 探測器的信號，所述電機運動控制模塊分別與計算機、第一電機和第二電機連接，計算機通 過電機運動控制模塊控制第一電機和第二電機；第二電機固定于外殼內(nèi)的上部，所述激光 器探測器的下方設置有支撐架，支撐架垂直固定于外殼內(nèi)的底部。上述電機運動控制模塊包括運動控制卡、電機細分驅(qū)動器、電機編碼器和直流電 源模塊，所述運動控制卡分別與電機細分驅(qū)動器和電機編碼器連接，電機細分驅(qū)動器與直 流電源模塊連接；所述電機細分驅(qū)動器、運動控制卡和電機編碼器均與第一、二電動機連 接，運動控制卡還與所述計算機連接。上述激光器探測器與數(shù)據(jù)采集卡之間設置有信號調(diào)理單元。上述外殼內(nèi)的底部和側(cè)邊各設置有一個位置指示器，兩個位置指示器指向外殼的 中心位置；所述位置指示器可為紅光指示器，也可采用其他光指示器。本發(fā)明可以對半導體激光器的遠場參數(shù)進行精確測量，其主要具有以下優(yōu)點(1) 本發(fā)明的激光器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)采用雙軸聯(lián)動機械結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)臂僅帶動單個激光 器探測器即可完成半導體激光器遠場快軸與慢軸參數(shù)描述，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。(2)本發(fā)明的半導體激光器遠場測試裝置采用閉環(huán)控制方式，對第一、二電機驅(qū)動 的兩個旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)位置進行精確控制，確保了其測量參數(shù)的可靠性。


圖1是本發(fā)明遠場硬件功能原理框圖；圖2是本發(fā)明的遠場測試裝置整體結(jié)構(gòu)示 意圖；圖3是本發(fā)明的雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的半導體激光器遠 場參數(shù)測試數(shù)據(jù)圖。其中1為激光器；2為位置指示器；3為支撐架；4為外殼；5為第一電機；6為水平 垂直導向架；7為激光探測器；8為掃描旋轉(zhuǎn)臂；9為聯(lián)軸器；10為第二電機；11為光功率衰 減片。
具體實施方案以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述本發(fā)明首先提出了一種激光器測試用 雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)，如圖2和圖3所示，它包括外殼4、激光器探測器7、第一電機5、第二電 機10，和一個水平垂直導向架6。其中水平垂直導向架6包含有一個水平向安裝臂和一個 垂直向安裝臂，本發(fā)明的水平向安裝臂和垂直向安裝臂相互垂直且成一體式結(jié)構(gòu)。水平向安裝臂的端部安裝有軸向垂直的第一電機5，第一電機5的輸出軸通過聯(lián)軸器9連接有掃描 旋轉(zhuǎn)臂8，掃描旋轉(zhuǎn)臂8由設置于上下兩端的垂直連桿和連接兩垂直連桿的水平連桿組成， 上端的垂直連桿通過聯(lián)軸器與第一電機5的輸出軸連接，下端的垂直連桿端部固定有激光 器探測器7，當?shù)谝浑姍C5驅(qū)動掃描旋轉(zhuǎn)臂8轉(zhuǎn)動時，掃描旋轉(zhuǎn)臂8的下端帶著激光器探測 器7 —起做圓周運動。掃描旋轉(zhuǎn)臂8的水平連桿可以設計為一伸縮桿，使得激光探測器的 臂長可以根據(jù)激光器參數(shù)的不同進行長短調(diào)整。水平垂直導向架6的垂直向安裝臂的端部與第二電機10的輸出軸端固定連接，第二電機10的輸出軸水平設置且第二電機10固定于外殼4上。本發(fā)明所提的第一電機5和 第二電機10都采用步進電機，也可以采用伺服電機?；谏鲜龅碾p軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)，本發(fā)明設計出一種半導體激光器遠場測試裝置， 參見圖1的連接框圖并結(jié)合圖2和圖3，該裝置包括計算機、數(shù)據(jù)采集卡和電機運動控制模 塊。其中計算機通過數(shù)據(jù)采集卡接收來自激光器探測器7的信號，電機運動控制模塊分別 與計算機、第一電機5和第二電機10連接，計算機通過電機運動控制模塊控制第一電機5 和第二電機10 ；第二電機10固定于外殼4內(nèi)的上部，激光器探測器7的下方設有支撐架3， 支撐架3垂直固定于外殼4內(nèi)的底部，且在支撐架3的上端設有夾設激光器1的夾具。電 機運動控制模塊包括運動控制卡、電機細分驅(qū)動器、電機編碼器和直流電源模塊，所述運動 控制卡分別與電機細分驅(qū)動器和電機編碼器連接，電機細分驅(qū)動器與直流電源模塊連接； 所述電機細分驅(qū)動器、運動控制卡和電機編碼器均與第一電動機5和第二電動機10連接， 運動控制卡還與所述計算機連接。本發(fā)明在激光器探測器7與數(shù)據(jù)采集卡之間還設有一個 信號調(diào)理單元。在外殼4內(nèi)的底部和側(cè)邊各設有一個位置指示器2，本發(fā)明的位置指示器可 以采用紅光指示器或者其他指示器，兩個位置指示器2指向外殼4的中心位置。本發(fā)明的半導體激光器遠場測試裝置可選用如3所示的單一探測器雙軸旋轉(zhuǎn)式 機械結(jié)構(gòu)，也可采用兩個探測器雙臂二維掃描的機械結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的半導體激光器遠場測試裝置中，數(shù)據(jù)采集卡主要用于采集從激光探測 器7傳送的電壓信號，進而送入計算機中進行處理。本發(fā)明的雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)在激光器測試時，包括水平與垂直兩個方向的運動， 第一電機5實現(xiàn)激光探測器7相對激光器1發(fā)光點水平方向180度旋轉(zhuǎn)，第二電機10實現(xiàn) 整體掃描架(即水平垂直導向架6以及與其連接的各部件)旋轉(zhuǎn)90度至與激光器1發(fā)光點 垂直位置，再由第一電機5實現(xiàn)激光探測器7垂直于激光器1發(fā)光點方向180度旋轉(zhuǎn)。整 個激光器掃描運動控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，由運動控制卡發(fā)出對遠場運動控制指令，通過 電機細分驅(qū)動器將控制信息傳輸給遠場運動控制電機(第一電機5或第二電機10)，實現(xiàn)對 雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)的運動控制，電機編碼器可采集遠場運動控制電機的運動位置信息反饋 給運動控制卡，從而實現(xiàn)對遠場運動控制電機的精確控制。計算機接收數(shù)據(jù)采集卡與運動 控制卡的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，一方面對雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)進行精確位置控制，同時實現(xiàn)對各遠 場待測參數(shù)的計算。如圖2所示，本發(fā)明使用的激光器1置于激光器測試支架3上。位置指示器2安 裝于外殼4內(nèi)的水平和垂直于雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)5的中心位置，用于指示激光器1發(fā)光位 置與雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)的中心位置保持同心。如圖3所示，在激光器探測器7前設置一個光功率衰減片11，位于激光器探測器7的前部，可根據(jù)測試激光器的光功率密度進行調(diào)節(jié)，避免激光探測器7由于探測的激光器的發(fā)光功率過大而飽和，可根據(jù)激光器的發(fā)光功率調(diào)節(jié)衰減倍率，本發(fā)明實例中采用1/100 倍率-1/1000倍率的衰減片。圖4是激光器遠場測試自動報表。其中激光器快軸與慢軸測試曲線均采用功率歸
一化處理。本發(fā)明的測試裝置的工作過程如下當激光器發(fā)光后，由圖2中所示位置指示器2 從水平與垂直兩個方向確定激光器發(fā)光點的位置。移動遠場測試裝置，使圖3中掃描旋轉(zhuǎn) 臂8的中心位置與激光器發(fā)光點保持同心。利用圖3中第一電機5控制掃描旋轉(zhuǎn)臂8至與 激光器發(fā)光點保持同一水平面至方向零點可定義正對激光器發(fā)光點右側(cè)為方向零點，也可 定義其他坐標系，以勻速運動方式從0度旋轉(zhuǎn)至180度，同時配合采集卡和計算機實時采 樣，從而得到激光器遠場慢軸特性曲線，根據(jù)曲線計算慢軸相關(guān)參數(shù)。完成激光器慢軸掃描 后，第一電機5將控制掃描旋轉(zhuǎn)臂8自動返回零點。再由圖3中所示第二電機10控制水平 垂直導向架6從垂直與激光器發(fā)光位置轉(zhuǎn)向水平。重復與慢軸掃描相同的運動，即可得到 激光器遠場快軸特性曲線并根據(jù)曲線計算快軸相關(guān)參數(shù)。根據(jù)計算機上的軟件處理結(jié)果， 可得到半導體激光器遠場的測試曲線。本發(fā)明的該種半導體激光器遠場測試裝置采用光功率信號采集與處理同步的方 式，在完成遠場掃描結(jié)束后立即給出快軸及慢軸FWHM，Ι/e2能量范圍，95%能量等參數(shù)測試 結(jié)果，具備良好的實時性與快速性。并且該裝置在遠場測試結(jié)束后，可自動提供數(shù)據(jù)報表， 為今后的半導體遠場數(shù)據(jù)分析提供依據(jù)。該裝置采用模塊化的開發(fā)方式，能夠方便的與其 他激光器參數(shù)測試設備相結(jié)合，具備良好的設備兼容性。綜上所述，該裝置不僅很好的解決傳統(tǒng)遠場測試設備的缺點，并且結(jié)構(gòu)簡單，遠場 參數(shù)描述全面，具備良好的應用前景。
權(quán)利要求
一種激光器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)，包括外殼(4)、激光器探測器(7)、第一電機(5)和第二電機(10)，其特征在于還包括水平垂直導向架(6)，所述水平垂直導向架(6)包含有水平向安裝臂和垂直向安裝臂，水平向安裝臂的端部安裝有軸向垂直的第一電機(5)，第一電機(5)的輸出軸通過聯(lián)軸器(9)連接有掃描旋轉(zhuǎn)臂(8)，掃描旋轉(zhuǎn)臂(8)的下端安裝有激光器探測器(7)，垂直向安裝臂的端部與第二電機(10)的輸出軸端固定連接，所述第二電機(10)的輸出軸水平設置且第二電機(10)固定于外殼(4)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)，其特征在于所述水平向 安裝臂和垂直向安裝臂相互垂直且成一體式結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)，其特征在于所述第一電 機(5)和第二電機(10)為步進電機或者伺服電機。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)，其特征在于所述掃描旋 轉(zhuǎn)臂(8)由設于上下兩端的垂直連桿和連接兩垂直連桿的水平連桿組成，上端的垂直連桿 與第一電機(5)的輸出軸連接，下端的垂直連桿端部固定有激光器探測器(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)，其特征在于所述掃描旋 轉(zhuǎn)臂(8)的水平連桿是一伸縮桿。
6.一種基于權(quán)利要求1所述雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)的半導體激光器遠場測試裝置，包括計 算機、數(shù)據(jù)采集卡和電機運動控制模塊，其特征在于所述計算機通過數(shù)據(jù)采集卡接收來自 激光器探測器(7)的信號，所述電機運動控制模塊分別與計算機、第一電機(5)和第二電 機(10)連接，計算機通過電機運動控制模塊控制第一電機(5)和第二電機(10)；第二電機 (10)固定于外殼(4)內(nèi)的上部，所述激光器探測器(7)的下方設有激光器支撐架(3)，激光 器支撐架(3)垂直固定于外殼(4)內(nèi)的底部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導體激光器遠場測試裝置，其特征在于所述電機運動控 制模塊包括運動控制卡、步進電機細分驅(qū)動器、步進電機編碼器和直流電源模塊，所述運動 控制卡分別與步進電機細分驅(qū)動器和步進電機編碼器連接，步進電機細分驅(qū)動器與直流電 源模塊連接；所述步進電機細分驅(qū)動器、運動控制卡和步進電機編碼器均與第一、二電動機 (5、10)連接，運動控制卡還與計算機連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導體激光器遠場測試裝置，其特征在于所述激光器探測 器(7)與數(shù)據(jù)采集卡之間設有信號調(diào)理單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導體激光器遠場測試裝置，其特征在于所述外殼(4)內(nèi) 的底部和側(cè)邊各設有一個位置指示器(2)，兩個位置指示器(2)指向外殼⑷的中心位置； 所述位置指示器是紅光指示器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光器測試用雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)及激光器遠場測試裝置，該雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)，包括外殼、激光器探測器、第一電機、第二電機和水平垂直導向架，水平垂直導向架包含水平向安裝臂和一個垂直向安裝臂，水平向安裝臂的端部安裝第一電機，第一電機連接掃描旋轉(zhuǎn)臂，掃描旋轉(zhuǎn)臂上安裝激光器探測器，垂直向安裝臂與第二電機連接，第二電機固定于外殼上。本發(fā)明的遠場測試裝置基于該雙軸旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)，其采用光功率信號采集與處理同步的方式，在完成遠場掃描結(jié)束后立即給出快軸及慢軸FWHM，1/e2能量范圍，95％能量等參數(shù)測試結(jié)果，并且該裝置在測試后，可自動提供數(shù)據(jù)報表。本裝置采用模塊化的設計方式，具備良好的設備兼容性。
文檔編號G01M11/02GK101825517SQ20101017423
公開日2010年9月8日 申請日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者代華斌, 劉興勝, 鄭艷芳 申請人:西安炬光科技有限公司