摘 要

光纤通讯和光电技术最近发展飞快，半导体激光器作为一种新光源，被大量在光纤通讯，光盘复刻，激光打印，激光扫描，激光笔，是产量最高的激光器。同时，半导体激光器还有体积轻小，可使用寿命较长，能够采用简便的注入电流的模式来泵浦其工作电压和电流与集成电路形成兼容，所以可以与单片机进行集成。并且还可以用GHz的频率来进行电流调制来火区高速调制后的输出激光。因此，半导体激光器的参数性能和质量越来越重要，对半导体激光器检测系统的研究是有必要的。

在基本充分了解国内外关于半导体激光器检测系统的进展之后，根据半导体激光器工作原理以及实际过程中的要求，本论文主要解决了激光器测试系统处理工具研究，激光器测试系统方法的原理的研究，激光器测试系统软件的设计与实现。整个方案着重于软件部分的设计，下位机界面用流程图的方式对几个模块分别介绍和分析，上位机用Visual Studio.NET作为开发环境，用界面控制和测试。

关键词：半导体激光器；阈值特性；激光器测试系统

Abstract

Fiber optic communications and optoelectronic technology has recently developed rapidly, semiconductor lasers as a new light source, a large number of optical fiber communication, optical disc engraving, laser printing, laser scanning, laser pen, is the highest yield laser. At the same time, semiconductor lasers are also small in size, can be used longer, can use a simple injection current mode to pump its operating voltage and current compatible with the formation of integrated circuits, it can be integrated with the microcontroller. And can also use the frequency of GHz to carry out current modulation to the fire area after high-speed modulation of the output laser. Therefore, the parametric performance and quality of semiconductor lasers are becoming more and more important, and it is necessary to study the semiconductor laser detection system.

  Based on the basic understanding of the progress of semiconductor laser detection system and the requirements of the actual process, this paper mainly solves the research of the laser test system processing tool, the laser test system method, the laser test Design and Implementation of System Software. The whole program focuses on the design of the software part, the lower computer interface with a flow chart of several modules were introduced and analyzed, the host computer with Visual Studio.NET as a development environment, with the interface control and testing.

Key Words： Semiconductor laser Threshold characteristics Laser test system

1 绪论

1.1 课题研究目的及意义

光纤通讯和光电技术近几年的进展飞快。半导体激光器，目前作为一种新光源，被大批在光纤通讯，光盘的复刻集齐，使用进行激光打印，用激光扫描，激光笔等新型激光器材层出不穷，是目前使用量，数目最多的激光器。同时，半导体激光器还有体型轻小，可使用周期寿命较长，采取简便的直接注入电流的模式，便使泵浦其工作电压和电流与集成电路相互兼容，还可以与单片机集成。并且还可以用频率高达GHz来对电流进行控制，以便形成高频调制后的输出。因此，半导体激光器的相关参数性能和本身的质量越来越受人们关注，我们对激光器检测系统的研究是十分重要且有必要的。

半导体激光器，还可被称为激光二极管(LD）。在1980年后，人们研讨了半导体物理方面关于量子阱等结构的进展的新成果，一些例如量子阱（QW），应变量子阱（SL-QW）等新一代的构造被广泛应用，同时人们还吸取了折射率调制Bragg发射器和加强调制Bragg发射器的新一代技术，还一同发展了CBE、MBE等晶体技术的新型工艺成长技术，使新的外延生产技术能够十分准确地掌控整个晶体的成长过程，从而影响到原子层厚度的整个精度，制造出品质优良的量子阱和应变量子阱的材料。所以，生产出来的LD，相关参数中的阈值电流会有非常直观的下降，转换效率会明显进步，输出的功率也能够翻倍的增长，使用寿命明显得到延长，使半导体激光器变得更为耐用，寿命更长。更易推广。

半导体激光器是生产出来没多久就很快走向成熟、进展很快的一类的激光器，它的波长整个十分宽，生产相对简单便利，而所需成本又相对廉价可取，量产非常简便快捷，并且由于体积轻巧、分量又不大、可运用周期相对较长等一系列优点。因此，大量种类的LD得以在短时间迅速得以发展，所应用的范围更是无所不及，已经在超过400个领域之内都有相关应用。当然，最核心的应用方面还是在Gb局域网，850nm波长的半导体激光器适用于1Gb的局域网，1300nm 波长左右的LD则适合于1OGb的局域网系统.半导体激光器的应用领域包含了整个光电子学科的所有范畴，已成为当今光电子科学的重要技术。同时，在测量距离、激光军用雷达、光通讯、激光战争武器、激光军用警戒、激光制导跟踪、自动控制引燃引爆、自动控制、检测仪器等方面LD也大量被采用，目前已经形成了十分庞大的规模，具有海量的前景市场。70年代末开始，光纤通讯系统也逐渐慢慢采用半导体激光器，光纤通讯的光源和指示器都依赖量产级别的集成电路平面工艺选取半导体激光器来组成相应的光电子系统。因为LD有体型特别小、使用效率高和工作速度快的等优质特点，所以这类器件的整个进展，一开始就与光通讯技术共同发展进步着，它在光通讯、光变换、光互连、并行光波系统、光信息控制和光储存、光计算机外部设备的光祸合等方面都应用广泛.半导体激光器的产生和发展极大的改良和推进了信息光电子技术的进展，迄今为止，当前光通讯领域中发展最为迅速、也最为重要的激光光纤通讯采用的重要光源还是半导体激光器。半导体激光器再加上低损耗的光纤，已经影响了光纤通讯的整个进展，并加速了它以后的进步。因此我们可以说，光通讯和半导体激光器两者是相辅相成的.GaAs/GaAlA。光纤通讯和大气通讯都依靠着双异质结激光器来作为光源驱动，如今，我们可见的长距离、大容量的光信息传输系统无一例外都采用分布反馈式半导体激光器（DFB一LD).光盘技术中不可或缺的部分也是半导体激光器，光盘技术是综合计算技术、激光技术和数字通讯技术的综合性技术，其存贮方式具有容量大，单位面积利用率高，高效率和成本低廉的优点，信息写人和读出都由半导体激光器产生的光束产生.

1.2 国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

新型的半导体激光器光束质量是甚至优于大部分光纤、CO2及固体激光器。美国的TD公司，近日生产出了一种亮度特别高，功率达到千瓦量级的直接半导体激光器。这种激光器借助COTS半导体激光器基础，在构造上采用了新的合束与整形技术，其作为光源输出的光束的光束参量积可以到3.75mm-mrad，在目前为止已经见于报道的千瓦量级直接半导体激光器中，其数值是最小的。作为材料其使用的单根芯径仅为50μm，数值孔径为0.15um的光纤耦合后，进行输出。当输入的波长为单一中心波长时，这种LD的输出功率可以达到2030W。这类激光器的尾纤输出拥有与工业光纤激光器和CO2激光器相媲美的亮度，比现今最好的直接半导体激光器的输出光束的亮度还高十倍以上，适用于工业中的对材料进行加工例如金属薄片的切割和焊接等操作。

一种新型蓝色半导体激光器，目前由日本研制出来。它可直接进行处理加工。据发布的资料中介绍，2010年全世界加工用的激光器整个市场的规模估值约为2500亿日元，这个金额预估在2020年会翻至少一倍。不止之前的碳酸气激光器，半导体激光激励工作的固体型激光器，激光器的主力也慢慢变成了光纤激光器。用作激励工作源，用于直接激光制造用途的“直接二极管激光器（DDL）”，除了体积轻便、电光转换速度效率高，还可通过量生产来降低必要生产成本，因此作为新一代激光加工光源受到广泛的关注。

效率最高的红色半导体激光器是日本夏普最先研发生产的。夏普公司在最近一直在专致研发一种新型微小投影机的激光二极管。前段时间，夏普率先发布了世界光转换效率是迄今为止最高的红色LD，型号为“GH0641FA2C”，它拥有高达33%的光电转换效率。这种红色半导体激光器振荡波长为640nm，在改良材料组合和内部构造后，成功的提高了光电转换的效率。在该类别中是目前半导体业界最高的转换效率。这种激光器计划主要用于汽车上使用的电子显示屏幕及微型投影机等设备上。

日本NTT研制出一种新的超紧凑LD，它最近生产出一种超紧凑型的半导体激光器（LEAP激光器），该LD的数据传输服务速率非常高，可以达到10-Gbit/s，且能耗量相比较是目前为止最小的。传输所消耗的能耗5.5 fJ就可以传输1比特的信息，对比之前的半导体激光器，它们是这一数值的十倍。这种LD 也在通讯中值得关注。

一种新型的InGaAs半导体激光器最近也是由日本宇宙航空研究开发机构研究出来。近日，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）成功的制造出了30mm见方的InGaAs单结晶。借助在宇宙上的实验所获得的成果，JAXA成功开发出一种让温度与浓度梯度一样的新结晶成长法，并通过缩小溶液的厚度抑制对流从而使其结晶化。这款产品根据以独立行政法人新能源及产业技术综合开发机构（NEDO）为核心而制作的共同研究协议，由JAXA与NTT及Furuuchi Chemical一起开发研究出来的。

日本系统技研公司于1999年研发了一套LD特性检测系统，能够全面检测LD的所有参数。2002年，日本Advantest公司推出了Q8611激光二极管测试系统。它不仅能检测其光电特性，还能测试传输效率小于12.5Gbps的信号传输特性。使用了友好控制界面。

2003年，Keithle仪器公司先后推出了两种应用较为广泛的测试系统——System25和2520型脉冲式二极管测试系统。且已经开发出了多种标准系统配置，包括用于与PC通讯，仪器之间的触发和连接至测试器件所需要的所有电缆和适配器。极大提高了检测灵活性。

2010年德国推出LIV100激光二极管特性分析系统，它是一个包含模数信号处理，电流驱动和积分球的微控制系统。可以快速检测激光二极管的参数。并且绘制出相应曲线。

1.2.2 国内研究现状

在国内，我们在高功率、高光束大质量的大功率半导体激光器研究上近些年来也获得了十分显著的进步。例如，西安炬光科技公司在光纤单器件耦合上对半导体激光芯片的整体封装也都可以说达到了国际要求。但是，与此同时不可否认的是，我们在整个半导体激光器的核心部分—半导体激光的芯片的研发和创新方面，做的远远不够，外延生产技术、腔面钝化技术以及器件生产工艺水平的能力却还是不够，国产半导体激光器件的效率、使用寿命等方面的性能对比国外的先进水平还是有不小的差别。整个结果直接导致国内的实际采用的高功率、长寿命半导体激光芯片不得不向国外采购，国外便对中国进行垄断，这一结果导致我国半导体激光器系统的价格一直处于高价被国外垄断，对推广和应用大功率半导体激光器来说显得十分困难，同时也极大的放缓了我国高功率光纤激光器的整体研究发展进步的速度不如国外。不过令人欣慰的是，目前随着当前我们在化合物半导体器件的研究上有了长足的进步，如LED、多节GaAs太阳能电池、红外热成像器等技术，现在其进展已基本接近国际一流水平。化合物半导体器件方面，国内的外延技术和封装也十分接近国际水平。这些技术，一旦被采用在同样是化合物半导体器件的半导体激光器上，碰撞出激烈的火花，可以将半导体激光器的国产化进度整个加快，能更好的让整个行业进步，从而更好的推动推进半导体激光器这一高效能、低耗型的激光器更大量地应用于我国的工业生产、国防军事、科学教研等领域中。1995年，北京邮电大学的纪越峰等提出一种半导体激光器测试系统，能够快速测定相关参数但是不能显示LD相应曲线。2001年，清华大学的薛林等提出了一种能够实时观测特性曲线的测试系统。但是精度不高，对温度缺乏控制。长春海洋光电有限公司研发的LPA-9080型激光二极管分析仪。它集成了业内领先的高性能激光控制器和高精度的功率测试设备，是进行高精度快速激光器参数测试的理想系统

1.3 课题的主要研究内容与结构

本课题的主要研究目的是实现半导体激光器检测系统软件在嵌入式系统中的实现。因此我们的主要目的在于嵌入式软件。可以分为两个部分来进行实现，分别是上位机和下位机。

上位机要完成对数据的显示和处理，下位机要完成对数据的传递和接受上位机发出的指令。