一种巴条内激光器的跳模测试装置及方法与流程

本发明涉及激光器，具体涉及一种巴条内激光器的跳模测试装置及方法。

背景技术：

1、分布反馈式（distributed feedback，dfb）激光器通常设计为单横模结构，但其纵向仍可能存在相移缺陷模、布拉格阻带两侧模式、光栅边模及由腔面反射形成的复合腔模式竞争。当注入电流、结温、增益峰位置、光栅布拉格波长、腔面反射相位或纵向空间烧孔状态发生变化时，两个竞争纵模的阈值增益次序可能发生交换，使激射主模从一个波长离散切换至另一个波长。该现象可表现为确定性单次模式切换、两个纵模之间的快速往返跳变、较慢的随机跳变等。

2、相关技术中，一种方案是采用光谱分析仪或高分辨率小型光谱仪，在多个电流点直接测量主峰波长和边模抑制比，确定激光器是否存在模式跳变风险（即跳模风险）。但是，全电流范围逐点测试速度慢、设备成本高，难以作为具有多个dfb激光器的巴条（bar）全检手段。

3、另一种方案是根据功率-电流（p-i）曲线的扭折点（kink）、微分效率突变、上下扫迟滞或总光功率交流噪声，确定激光器是否存在跳模风险。但是，当两个竞争纵模的总输出功率或微分效率接近时，纵模已经发生切换而总光功率变化可能很小，从而造成漏检。

技术实现思路

1、本发明提供了一种巴条内激光器的跳模测试装置及方法，以解决跳模测试效率低且准确性差的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种巴条内激光器的跳模测试装置，装置包括：电流驱动模块，用于向目标激光器依次注入递增的多个第一测试电流，使目标激光器出射第一光束，目标激光器为巴条上多个激光器中的其中一个，多个第一测试电流均大于阈值电流，阈值电流为目标激光器达到受激辐射振荡输出的最小注入电流；分光模块，用于将第一光束分为参考光和探测光，参考光进入参考光电探测器，探测光进入波长选择元件；波长选择元件，用于从探测光中选择波长处于第一预设范围的目标光，并将目标光传输至检测光电探测器，第一预设范围为巴条上多个激光器发出的激光的波长范围，在第一预设范围内，波长选择元件的透射率随波长单调且连续变化；处理模块，用于从参考光电探测器获取多个第一测试电流对应的第一参考光功率，以及从检测光电探测器获取多个第一测试电流对应的第一滤波光功率，处理模块还用于根据多个第一参考光功率和多个第一滤波光功率，确定第一功率比值曲线，以及根据第一功率比值曲线，确定目标激光器是否存在跳模风险。

3、本发明提供的巴条内激光器的跳模测试装置，在电流连续扫描过程中，通过分光模块对激光器产生的第一光束进行分光，一路进入参考光电探测器，另一路经过波长选择元件之后进入探测光电探测器，处理模块同步获取参考光功率和滤波光功率，通过计算两路功率（即参考光功率和滤波光功率）的归一化比值，消除器件本身p-i增长及公共耦合波动，再从归一化比值随电流变化的曲线中提取局部非连续特征，根据局部非连续特征判断目标激光器是否存在跳模风险。

4、本发明的跳模测试装置无需对每个激光器进行全电流范围高分辨率光谱扫描，仅通过两路光功率同步采集和比值处理即可完成筛选，提高了测试效率。波长选择元件将波长变化转换为光功率变化（即通过滤光通道把波长差转换为比值差），避免普通总光功率通道对波长变化不敏感的问题，即使两个纵模的总输出功率接近，仍可在功率比值曲线中观察到切换或噪声增加，降低单纯总光功率噪声法的漏检概率。测试范围覆盖巴条上多个激光器发出的激光的波长分布范围，可以避免仅对少数波长器件有效的检测盲区。判定依据为电流扫描过程中的局部非连续特征，滤光片温漂、角度漂移和探测器响应变化只要保持连续，即可作为慢变背景被拟合剔除，从而降低工位复杂度和维护成本。另外，本发明的跳模测试装置可在现有p-i-v测试平台上增加分光、波长选择元件和第二探测通道实现，硬件结构简单，适合自动化批量测试。

5、在一种可选的实施方式中，第一变化量大于处理模块可检测的最小功率比值变化量，第一变化量通过如下公式确定：

6、

7、式中，表示第一变化量，第一变化量为存在跳模的激光器在跳模波长间隔引发的功率比值变化量，表示根据预设功率比值曲线确定的等效波长响应斜率，表示跳模波长间隔。

8、波长选择元件的等效波长响应斜率不以固定中心波长为唯一限定，而满足跳模波长间隔引起的归一化比值变化大于处理模块可检测的最小功率比值变化量，可以避免突变点被背景覆盖，提升检测准确性。

9、在一种可选的实施方式中，的取值范围为0.2nm至0.5nm，的取值范围为1.0db/nm至5.0db/nm。

10、在一种可选的实施方式中，处理模块还用于获取背景功率比值，背景功率比值用于表征第一扫描区间内各类连续扰动带来的功率比值偏移量，第一扫描区间为包括多个第一测试电流的电流扫描区间；处理模块还用于根据背景功率比值更新第一功率比值曲线，以及根据更新后的第一功率比值曲线，确定目标激光器是否存在跳模风险。

11、在一种可选的实施方式中，处理模块用于根据更新后的第一功率比值曲线，确定第一目标特征，其中，第一目标特征包括一阶差分值、二阶差分值、多个连续的第一测试电流对应的功率比值的一阶导数以及残差中的至少一项；若在第二扫描区间内，第一目标特征处于异常区间，则处理模块将第二扫描区间分为多个第二测试电流，第二扫描区间位于第一扫描区间内，且相邻两个第二测试电流的差值小于相邻两个第一测试电流的差值；电流驱动模块还用于向目标激光器依次注入递减的多个第二测试电流，以使处理模块得到第二功率比值曲线；处理模块还用于根据第二功率比值曲线，确定目标激光器是否存在跳模风险。

12、在本实施例中，当第一目标特征超过预设阈值（即处于异常区间），说明目标激光器可能存在跳模风险，此时，在第二扫描区间缩小电流步长进行复扫，重新确定功率比值曲线，在功率比值曲线再次出现异常时才判定目标激光器存在跳模风险，可降低热惯性、耦合波动和电学异常引起的误判，提升测试的准确性。

13、处理模块先采用较大电流步长快速扫描；当检测到异常时，缩小该局部电流区间的步长并重复扫描，可以在兼顾测试效率的同时提高对狭窄跳模区间的识别概率。

14、在一种可选的实施方式中，多个第一测试电流中任意相邻两个第一测试电流的差值相同；处理模块还用于根据第一变化量和第二变化量，确定相邻两个第一测试电流的差值，第一变化量为存在跳模风险的激光器在跳模波长间隔下引发的功率比值变化量，第二变化量为不存在跳模风险的激光器在跳模波长间隔下引发的功率比值变化量。

15、在本实施例中，根据正常相邻点比值变化与跳模比值变化的比例设置第一电流步长，并在疑似异常区间自动缩小步长复扫，可以兼顾测试速度和狭窄跳模区捕获率。

16、在一种可选的实施方式中，处理模块还用于根据第二功率比值曲线，确定目标激光器的跳模风险等级；在目标激光器的跳模风险等级不为0时，通过光谱仪验证目标激光器的跳模风险等级。

17、在一种可选的实施方式中，电流驱动模块还用于向目标激光器依次注入递减的多个第一测试电流，以使处理模块得到第三功率比值曲线；处理模块还用于根据第一功率比值曲线和第三功率比值曲线，确定目标激光器是否存在纵模双稳态问题。

18、在一种可选的实施方式中，分光模块和波长选择元件为楔形，或者，分光模块和波长选择元件镀有增透膜，或者，分光模块和巴条之间设置有光阱结构或隔离结构，以及波长选择元件和巴条之间设置有光阱结构或隔离结构。

19、在一种可选的实施方式中，波长选择元件为斜坡滤光片或干涉滤光片。

20、在一种可选的实施方式中，若目标激光器随第一测试电流的增加红移，则波长选择元件为短通型斜坡滤光片，短通型斜坡滤光片为透射率随波长变大而变小的斜坡滤光片。

21、在器件随电流红移时利用短通型斜坡提高低电流区检测信噪比，并降低高电流区探测器饱和风险。

22、第二方面，本发明提供了一种巴条内激光器的跳模筛选方法，方法应用于上述第一方面或其对应的任一实施方式的巴条内激光器的跳模测试装置中的处理模块，方法包括：向电流驱动模块发送第一控制指令，第一控制指令用于触发电流驱动模块向目标激光器依次注入递增的多个第一测试电流，使目标激光器出射第一光束，目标激光器为巴条上多个激光器中的其中一个，多个第一测试电流均大于阈值电流，阈值电流为目标激光器达到受激辐射振荡输出的最小注入电流；从参考光电探测器获取多个第一测试电流对应的第一参考光功率，以及从检测光电探测器获取多个第一测试电流对应的第一滤波光功率；根据多个第一参考光功率和多个第一滤波光功率，确定第一功率比值曲线；根据第一功率比值曲线，确定目标激光器是否存在跳模风险。