测试系统及方法与流程

1.本发明涉及激光器测试技术领域，尤其涉及一种测试方法及系统。


背景技术：

2.目前，vcsel(vertical cavity surface emitting laser，垂直腔面发射激光器)产品广泛用于光学测距、人脸识别、激光雷达等场景，对于要实现较远距离的探测，就需要向vcsel提供纳秒级脉冲信号，要求向其发射的矩形脉冲信号有较高的脉冲峰值功率和较小的上升时间，以保证脉冲信号回传时能够准确识别。在利用vcsel实现较远距离的探测时，需要对vcsel进行测试，以检测其相关性能。
3.当前对于高功率vcsel的测试大多停留在较大占空比的毫秒级或者亚毫秒级的脉冲测试阶段，主要测试的参数包括l
‑
i
‑
v、nft、fft等，当前的测试方法或设备无法满足现在的需求。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种测试系统，实现了对工作在短脉冲、大电流条件下的vcsel芯片性能的评估。
5.本发明的第二个目的在于提出一种测试方法。
6.为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种测试系统，所述系统包括：发射装置，所述发射装置包括驱动组件和vcsel芯片，所述驱动组件用于向所述vcsel芯片输入驱动信号，以使所述vcsel芯片输出纳秒级短脉冲光信号；接收装置，用于接收所述纳秒级短脉冲光信号，并对所述纳秒级短脉冲光信号进行光电转换，以输出与所述纳秒级短脉冲光信号对应的脉冲电信号；
7.显示装置，用于接收来自所述接收装置的脉冲电信号，并对所述脉冲电信号进行显示，以便读取所述纳秒级短脉冲光信号的测试参数。
8.根据本发明实施例的测试系统，利用驱动组件驱动vcsel芯片，使vcsel芯片输出纳秒级短脉冲信号，接收装置对纳秒级短脉冲信号进行光电转换，输出与纳秒级短脉冲信号对应的脉冲电信号，并利用显示装置显示脉冲电信号，以便得到纳秒级短脉冲信号的测试参数，该系统实现了对工作在短脉冲、大电流条件下的vcsel芯片性能的评估。
9.另外，根据本发明上述实施例提出的测试系统还可以具有如下附加的技术特征：
10.根据本发明的一个实施例，所述驱动组件包括驱动板、直流电源、信号发生器和控制器，其中，
11.所述直流电源、所述信号发生器均与所述驱动板连接，所述驱动板与所述vcsel芯片连接，所述控制器与所述驱动板、所述直流电源和所述信号发生器分别连接，用于控制所述直流电源向所述驱动板供电，以及控制所述驱动板向所述vcsel芯片输入所述驱动信号。
12.根据本发明的一个实施例，所述发射装置还包括温度控制组件，所述温度控制组
件包括测试夹具和温度控制模块，其中，
13.所述测试夹具用于夹持所述vcsel芯片，所述温度控制模块用于调节所述vcsel芯片所处环境的温度。
14.根据本发明的一个实施例，所述接收装置包括积分球和光电探测器，其中，
15.所述积分球用于接收所述纳秒级短脉冲光信号，并对所述纳秒级短脉冲光信号进行反复反射，所述光电探测器用于接收所述积分球输出的光信号，并将所述光信号转换为所述脉冲电信号。
16.根据本发明的一个实施例，所述光电探测器具体用于利用预先标定好的参数将所述光信号转换为所述脉冲电信号，其中，所述预先标定好的参数包括光功率与光电压值。
17.根据本发明的一个实施例，所述驱动组件还与所述显示装置连接，用于驱动所述显示装置进行显示工作。
18.根据本发明的一个实施例，所述vcsel芯片封装在氮化铝陶瓷基板上，其中，所述测试夹具夹持封装后的vcsel芯片。
19.根据本发明的一个实施例，所述温度控制模块用于使所述vcsel芯片所处环境在20
‑
110℃范围内变化。
20.根据本发明的一个实施例，所述驱动信号包括电流、频率、占空比中的至少一者。
21.为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种测试方法，所述方法用于如本发明第一方面实施例提出的测试系统，所述方法包括以下步骤：向所述vcsel芯片输入驱动信号，以使所述vcsel芯片输出纳秒级短脉冲光信号；将所述纳秒级短脉冲光信号转换为对应的脉冲电信号；接收并显示所述脉冲电信号，以便读取所述纳秒级脉冲光信号的测试参数。
22.根据本发明实施例的测试方法，通过向vcsel芯片输入驱动信号，使vcsel芯片输出纳秒级短脉冲光信号，对纳秒级短脉冲信号进行光电转换，将纳秒级短脉冲光信号转换为对应的脉冲电信号，接收并显示脉冲电信号，以便读取纳秒级脉冲光信号的测试参数，该方法实现了对工作在短脉冲、大电流条件下的vcsel芯片性能的评估。
23.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
24.图1是本发明一个实施例的测试系统的结构示意图；
25.图2是本发明一个具体实施例的测试系统的结构示意图；
26.图3是本发明一个实施例的测试方法的流程图。
27.标号说明：
28.100、测试系统；10、发射装置；20、接收装置；30、显示装置；11、驱动组件；12、vcsel芯片；111、驱动板；112、直流电源；113、信号发生器；114、控制器；13、温度控制组件。
具体实施方式
29.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
30.下面将结合说明书附图1
‑
3以及具体的实施方式对本发明实施例的测试系统及方法进行详细地说明。
31.图1是本发明一个实施例的测试系统的结构示意图。如图1所示，测试系统100包括发射装置10、接收装置20和显示装置30。
32.发射装置10包括驱动组件11和vcsel芯片12，驱动组件11用于向vcsel芯片12输入驱动信号，以使vcsel芯片12输出纳秒级短脉冲光信号。驱动组件11输出的驱动信号包括电流、频率、占空比中的至少一者。
33.作为一个可行的实施方式，参见图2，驱动组件11可包括驱动板111、直流电源112、信号发生器113和控制器114，其中，直流电源112、信号发生器113均与驱动板11连接，驱动板111与vcsel芯片12连接，控制器114与驱动板11、直流电源112和信号发生器113分别连接，用于控制直流电源112向驱动板11供电，以及控制驱动板11向vcsel芯片12输入驱动信号。
34.具体地，驱动组件11用以产生恒定的电流。采用恒流式的驱动方式来驱动vcsel芯片12，以使vcsel芯片12输出纳秒级短脉冲光信号，同时保证直流器件vcsel芯片12能够安全工作。直流电源112向驱动板11提供直流电，信号发生器113向驱动板111提供脉冲调制信号，以使驱动板111输出恒定的电流，控制器114与驱动板11、直流电源112和信号发生器113分别连接，以调节驱动板111输出的电流的大小、频率、占空比等。
35.在该实施例中，驱动板111优选为短脉冲ld驱动板，ld驱动板支持恒定电流模式。信号发生器113优选为纳秒级短脉冲信号发生器，控制器114可为电脑，即可利用电脑调节驱动板111输出的电流的大小、频率、占空比等。
36.作为一个可行的实施方式，参见图2，发射装置10还可包括温度控制组件13，温度控制组件13包括测试夹具和温度控制模块，其中，测试夹具用于夹持vcsel芯片12，温度控制模块用于调节vcsel芯片12所处环境的温度。vcsel芯片12可封装在氮化铝陶瓷基板上，其中，测试夹具夹持封装后的vcsel芯片。
37.具体地，在对vcsel芯片12进行测试时，考虑温度对vcsel芯片12性能的影响，将vcsel芯片12放置在温度控制组件13上，在进行测试时，调节温度控制组件13以控制vcsel芯片12所处环境的温度。具体而言，vcsel芯片12可先封装在氮化铝陶瓷基板上，进而将封装后的vcsel芯片12夹在测试夹具上，通过温度控制组件13上的温度控制模块，调节vcsel芯片12所处环境的温度。其中，温度控制模块可使vcsel芯片12所处环境在20
‑
110℃范围内变化。
38.接收装置20接收纳秒级短脉冲光信号，并对纳秒级短脉冲光信号进行光电转换，以输出与纳秒级短脉冲光信号对应的脉冲电信号。
39.作为一个可行的实施方式，参见图2，接收装置20包括积分球21和光电探测器22，其中，积分球21用于接收纳秒级短脉冲光信号，并对纳秒级短脉冲光信号进行反复反射，光电探测器22用于接收积分球21输出的光信号，并将光信号转换为脉冲电信号。其中，光电探测器22具体用于利用预先标定好的参数将光信号转换为脉冲电信号，其中，预先标定好的参数包括光功率与光电压值。
40.在该实施例中，积分球21是一个具有高反射性内表面的空心球体，用来对处于球
内或放在球外并靠近某个窗口处的试样对光的散射或发射进行收集的一种高效率器件。
41.在该实施例中，发射装置10可放在积分球21内部或者积分球21上的窗口一侧位置处，使积分球21更好的接收vcsel芯片12输出的纳秒级短脉冲光信号，以对纳秒级短脉冲光信号进行反复反射，以减小vcsel芯片12输出的纳秒级短脉冲光信号的损失，提高测试系统的准确率。
42.光电探测器22接收积分球21输出的光信号，光电探测器22在光信号辐射的作用下，光电探测器22的电导率发生改变，将光信号转换为脉冲电信号。
43.具体地，在对vcsel芯片12进行测试前，即利用光电探测器22将光信号转换为脉冲电信号前，需要使用标准vcsel光源对光电探测器22进行光功率与光电压值的标定，以提高测试系统的准确性。具体标定过程如下：
44.在一定的pw/dc条件下，如电流为1000ma
‑
4000ma，间隔为500ms的条件下，用已标定好的热电堆光功率测试仪测试的标准vcsel芯片样品的光功率，并将测试得到的光功率转换成峰值光功率p
p
。在相同的测试条件，利用显示装置30显示光电探测器22输入的电压脉冲幅度v
p
，拟合峰值光功率p
p
与电压脉冲幅度v
p
，得出两者之间的线性系数k关系。
45.当光电探测器22在其线性工作区域内时，光电流i与入射光强i成正比，即i＝a
×
i，其中，a表示使用波长上的光谱灵敏度。
46.输出电压v正比于i，光强i正比于脉冲激光功率p，即p＝k
×
v，其中，k表示比例系数。
47.得知脉冲功率与输出电压成正比，则p
p
＝k
×
v
p
，其中，v
p
表示峰值电压，p
p
表示峰值光功率。
48.在该实施例中，光电探测器22优选为apd型光电探测器。
49.显示装置30接收来自接收装置20的脉冲电信号，并对脉冲电信号进行显示，以便读取纳秒级短脉冲光信号的测试参数。可选地，驱动组件11还可与显示装置30连接，用于驱动显示装置30进行显示工作。
50.具体地，显示装置30可抓取光电探测器22转化的来自vcsel芯片12输出的纳秒级短脉冲光信号，调节显示装置30，即可读取纳秒级短脉冲光信号的上升时间、峰值功率等参数。
51.在该实施例中，显示装置30优选为示波器。
52.本发明实施例搭建的测试系统，可提供短脉冲、大电流的工作场景，以测试vcsel芯片12在纳秒级矩形脉冲、大电流工作条件下输出的纳秒级短脉冲光信号经短距离的自由空间传输后矩形脉冲信号的上升时间。同时也可兼顾不同环境温度下vcsel发射的光脉冲信号上升时间。
53.本发明实施例提供的测试系统，利用驱动组件11驱动vcsel芯片12，使vcsel芯片12输出纳秒级短脉冲信号，接收装置20对纳秒级短脉冲信号进行光电转换，输出与纳秒级短脉冲信号对应的脉冲电信号，并利用显示装置30显示脉冲电信号，以便得到纳秒级短脉冲信号的测试参数，该系统实现了对工作在短脉冲、大电流条件下的vcsel芯片12性能的评估。
54.本发明还提供一种测试方法。
55.图3是本发明一个实施例的测试方法的流程图。本发明还提供的测试方法用于上
述所述的测试系统，如图3所示，测试方法包括以下步骤：
56.s1，向vcsel芯片输入驱动信号，以使vcsel芯片输出纳秒级短脉冲光信号；
57.s2，将纳秒级短脉冲光信号转换为对应的脉冲电信号；
58.s3，接收并显示脉冲电信号，以便读取纳秒级脉冲光信号的测试参数。
59.需要说明的是，本发明实施例的测试方法的其他具体实施方式可参见本发明上述实施例的测试系统的具体实施方式。
60.本发明实施例提供的测试方法，通过向vcsel芯片12输入驱动信号，使vcsel芯片12输出纳秒级短脉冲光信号，对纳秒级短脉冲信号进行光电转换，将纳秒级短脉冲光信号转换为对应的脉冲电信号，接收并显示脉冲电信号，以便读取纳秒级脉冲光信号的测试参数，该方法实现了对工作在短脉冲、大电流条件下的vcsel芯片12性能的评估。
61.需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
62.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
63.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
64.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
65.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
66.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
67.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
68.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。