一种VCSEL器件的纳秒级LIV测试系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了VCSEL器件的纳秒级LIV测试系统及方法，方法包括：驱动信号源所发出的脉冲信号，以及可调稳压电源所输出的指定的步进电压，将所述脉冲信号与比较器中的基准信号进行比较，从而输出上升沿和下降沿更快的脉冲信号；基于上升沿和下降沿更快的脉冲信号，进入GaN驱动器进一步提升脉冲信号的输出强度，输出到GaN功率管，确保GaN功率管快速开启和关闭；基于上述电路驱动后所输出的光脉冲，获取光纤收集到的光脉宽波形，判断所得到的光脉宽与输入脉宽宽度是否相同；本发明专利技术克服了现有的基于源表的测试技术，只能实现微秒级测试，无法满足VCSEL当前在纳秒级使用下的测试难题，为VCSEL研发阶段和量产阶段的试验和测试提供了准确的技术参考。了准确的技术参考。了准确的技术参考。

【技术实现步骤摘要】
一种VCSEL器件的纳秒级LIV测试系统及方法


[0001]本专利技术属于LIV测试系统
，具体涉及一种VCSEL器件的纳秒级LIV测试系统及方法。

技术介绍

[0002]LIV测试数据是评估VCSEL性能的重要指标。通过测试LIV性能，可以了解VCSEL的最佳工作电压及相关的输出光功率。目前的LIV测试一般是采用源表，进行10微秒以上的恒流脉冲测试。10微秒级别的测试在目前主流的VCSEL应用场景中基本可以满足需求，但是针对目前不断兴起的激光雷达的VCSEL应用来说，目前的微秒级的测试无法满足真实应用场景的测试需求，测试结果也不能代表被测器件在纳秒级驱动下的性能。
[0003]因为针对激光雷达的VCSEL应用，为了保证激光发射距离尽量远，而平均功率不超过器件的极限，因此需要采用极窄脉宽（通常为1~5ns）、尽量大的瞬时功率来驱动。因此为了测量VCSEL器件在真实工作场景下的性能，就需要纳秒级驱动和测试能力的测试设备对其进行测试。这是目前的微秒级测试设备不能满足的。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决现有的基于源表的测试技术，只能实现微秒级测试，无法满足VCSEL当前在纳秒级使用下的测试难题，为此提供了VCSEL器件的纳秒级LIV测试系统及方法。
[0005]本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：一种VCSEL器件的纳秒级LIV测试方法，方法包括：获取驱动信号源所发出的脉冲信号，以及可调稳压电源所输出的指定的步进电压，将所述脉冲信号与比较器中的基准信号进行比较，从而输出上升沿和下降沿更快的脉冲信号；基于上升沿和下降沿更快的脉冲信号，进入GaN驱动器进一步提升脉冲信号的输出强度，输出到GaN功率管，确保GaN功率管快速开启和关闭；基于比较器中比较以及GaN功率管内驱动电路驱动后所输出的光脉冲，获取光纤收集到的光脉宽波形，判断所得到的光脉宽与输入脉宽宽度是否相同；响应于所得到的光脉宽与输入脉宽宽度不同，则根据光脉宽波形差异计算新脉宽，并使所述新脉宽输入所述驱动信号源，发出新的脉冲信号；响应于所得到的光脉宽与输入脉宽宽度相同，则持续输出光脉宽；获取高速PD所采集到的经过小型积分球收光后的光功率以及示波器中输出的波形，计算所需要的光功率，公式如下：
：通过积分球后的总光功率；：通过积分球前的t时间位置的瞬时光功率绝对值；tr：波形起始时间；tf：波形结束时间；：通过积分球后的t时间位置的瞬时光功率；：通过积分球前的t时间位置的瞬时光功率相对幅值。
[0006]较佳的，方法包括：基于可调稳压电源所输出的指定的步进电压，采集示波器中显示的相应光功率、电压以及电流读数。
[0007]较佳的，方法包括：基于经过高速PD放大后的脉冲信号和所述电压，计算相应光功率，公式如下：P：光功率；：示波器采集到的峰值电压；：PD有效感应面积；:积分球面积；:PD响应率。
[0008]较佳的，方法包括：响应于光功率、电压以及电流读数，计算获得对应的LIV曲线。
[0009]一种VCSEL器件的纳秒级LIV测试系统，包括计算机；系统还包括：可程控稳压电源、纳秒级激光器驱动测试板、信号发生器、脉宽与光功率测试模块和示波器；所述信号发生器与所述可程控稳压电源同时连接所述纳秒级激光器驱动测试板；所述纳秒级激光器驱动测试板与所述脉宽与光功率测试模块、所述示波器和所述计算机依次连接。
[0010]较佳的，所述纳秒级激光器驱动测试板由比较器、GaN驱动器、GaN功率管、陶瓷电容阵列、电流检测单元和电压检测单元构成。
[0011]较佳的，所述脉宽与光功率测试模块包括积分球、高速PD和多模光纤，所述多模光纤插入所述积分球，所述积分球与所述多模光纤的后端同时接入有所述高速PD。
[0012]较佳的，所述GaN功率管靠近所述积分球。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本专利技术采用开环的电压型驱动方案，配合陶瓷电容+GaN（氮化镓）组合的高速驱动和检测电路，实现了快速响应的纳秒级电压脉冲，从而驱动VCSEL，实现纳秒级的光输出和对应的LIV测试；
且由于采用电压直接驱动的方法进行测试，因此LIV曲线横坐标的电流不是固定步进，在获取到指定的电流值后，通过软件计算，仍然将电流值作为横坐标输出对应的LIV曲线；同时通过光纤采集了激光直射的波形（即激光器输出的真实波形），通过积分的方法，将积分球得到的波形，代入到光纤采集到的波形，可以还原光脉冲真实的光功率脉冲曲线，消除误差，提高准确性。
附图说明
[0014]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0015]图1为本专利技术实施例的装置连接示意图；图2为本专利技术实施例的积分球结构图；图3为本专利技术实施例的流程图；图4为本专利技术实施例的电压测量原理图；图5为本专利技术实施例的光脉冲进入积分球前后波形对比图；图中：1、计算机； 2、可程控稳压电源；3、纳秒级激光器驱动测试板；4、信号发生器；5、脉宽与光功率测试模块；6、示波器；7、积分球；8、高速PD；9、多模光纤。
具体实施方式
[0016]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0017]实施例一：参考图1
‑
5，主要系统包括：计算机1、可程控稳压电源2、纳秒级激光器驱动测试板3、信号发生器4、脉宽与光功率测试模块5和示波器6；所述信号发生器4与所述可程控稳压电源2同时连接所述纳秒级激光器驱动测试板3；所述纳秒级激光器驱动测试板3与所述脉宽与光功率测试模块5、所述示波器6和所述计算机1依次连接。
[0018]所述纳秒级激光器驱动测试板3是一种由比较器、GaN驱动器、GaN功率管、陶瓷电容阵列、电流检测单元和电压检测单元构成的测试单元，其作用在于，信号发生器4发出的信号可能上升沿和下降沿仍然较缓（通常在1ns左右），信号发生器4发出脉冲信号后，进入比较器，与一个2V的基准信号进行比较，从而输出上升沿和下降沿更快的脉冲信号，此时脉冲的宽度将变窄，上升沿和下降沿变的更陡（300ps以内）；而脉冲信号经过优化后，将进入GaN驱动器，而GaN驱动器作为驱动电路，可进一步提升脉冲信号的输出强度，输出到GaN功率管，确保GaN功率管快速开启和关闭。
[0019]所述脉宽与光功率测试模块5包括积分球7、高速PD8和多模光纤9，所述多模光纤9插入所述积分球7，所述积分球7与所述多模光纤9的后端同时接入有所述高速PD8。其中，直接连接积分球7的高速PD8主要用于计算光功率总能量，带45
°
倒角的多模光纤9主要用于测量脉宽以及参与计算光功率峰值能量，所述GaN功率管靠近所述积分球7，向积分球7提供其光脉冲。基于纳秒级激光器驱动测试板3的驱动后，最终输出的光脉冲将会与信号发生器4
输入脉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种VCSEL器件的纳秒级LIV测试方法，其特征在于，方法包括：获取驱动信号源所发出的脉冲信号，以及可调稳压电源所输出的指定的步进电压，将所述脉冲信号与比较器中的基准信号进行比较，从而输出上升沿和下降沿更快的脉冲信号；基于上升沿和下降沿更快的脉冲信号，进入GaN驱动器进一步提升脉冲信号的输出强度，输出到GaN功率管，确保GaN功率管快速开启和关闭；基于比较器中比较以及GaN功率管内驱动电路驱动后所输出的光脉冲，获取光纤收集到的光脉宽波形，判断所得到的光脉宽与输入脉宽宽度是否相同；响应于所得到的光脉宽与输入脉宽宽度不同，则根据光脉宽波形差异计算新脉宽，并使所述新脉宽输入所述驱动信号源，发出新的脉冲信号；响应于所得到的光脉宽与输入脉宽宽度相同，则持续输出光脉宽；获取高速PD所采集到的经过小型积分球收光后的光功率以及示波器中输出的波形，计算所需要的光功率，公式如下：算所需要的光功率，公式如下：算所需要的光功率，公式如下：：通过积分球后的总光功率；：通过积分球前的t时间位置的瞬时光功率绝对值；tr：波形起始时间；tf：波形结束时间；：通过积分球后的t时间位置的瞬时光功率；：通过积分球前的t时间位置的瞬时光功率相对幅值。2.根据权利要求1所述VCSEL器件的纳秒级LIV测试方法，其特征在于，方法包括：基于可调稳压电源所输出的指定的步进电压，采集示波器中显示的相应光功率、电压以及电流读数。3.根据权利要求2所述VCSEL器件的纳秒级LIV测试方法，其特征在于，方法包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋威，葛斌，田铮，刘文，
申请(专利权)人：柯泰光芯常州测试技术有限公司，
类型：发明
国别省市：