测量激光器相对强度噪声的装置及测量方法与流程

1.本发明一般涉及激光器噪声测量技术领域，具体涉及一种测量激光器相对强度噪声的装置及测量方法。


背景技术：

2.半导体激光器，尤其是垂直腔表面发射激光器(vertical-cavity surface emitting laser；vcsel)，在目前激光通信，数据中心光网络，高性能计算，光传感技术比如激光雷达等诸多领域有着重要的地位。而器件的特性对于其所构成的系统有着直接的影响，因此，在设计系统之前，准确地量测器件的特性变得非常重要。半导体激光二极管是通过受激辐射发光，但在此过程中，激光器增益介质的自发辐射，谐振腔共振频率，环境的温度与震动变化所产生的微扰，均会对激光器有一定的影响，使得半导体激光器输出的光强与相位等产生微小的变化，这种对光强描述的微扰变化就是激光器的相对强度噪声(relative intensity noise；rin)。相对强度噪声能够通过一定的计算得到激光器的频率响应特性，而激光器的频响特性与其所构建成的通信系统有着非常紧密的联系。因此，如何便捷的获得激光器的相对强度噪声至关重要。


技术实现要素：

3.本发明期望提供一种测量激光器相对强度噪声的装置及测量方法，可以对未经切割与封装的激光器阵列上进行相对强度噪声的测量。
4.第一方面，本发明提供一种测量激光器相对强度噪声的装置，包括：
5.载物台，所述载物台的侧面设置有第一光学支架和第二光学支架；
6.所述第一光学支架上设置有探针，所述探针的接触端位于所述载物台之上，所述探针连接有电流源；
7.所述第二光学支架上连接有耦合光纤，所述耦合光纤的一端正对所述载物台，另一端连接光电探测器，所述光电探测器的电信号输出端连接频谱仪。
8.作为可实现方式，所述耦合光纤的另一端与所述光电探测器之间连接有隔离器。
9.作为可实现方式，所述光电探测器的电信号输出端与所述频谱仪之间连接有信号放大器。
10.作为可实现方式，所述探针为gs探针或gsg探针。
11.作为可实现方式，所述耦合光纤正对所述载物台的端部设置有光汇聚光学元件。
12.作为可实现方式，所述光汇聚光学元件包括凸透镜或汇聚光栅。
13.第二方面，本发明提供一种采用上述测量激光器相对强度噪声的装置的相对强度噪声测量方法，包括以下步骤：
14.所述电流源通过所述探针向设置在所述载物台上的激光器提供预定电流，以使所述激光器发射激光；
15.所述激光经所述耦合光纤传输至光电探测器，所述光电探测器感知所述激光产生
光电流；
16.根据以下关系式获得相对强度噪声：
[0017][0018]
其中，rin为相对强度噪声，n2为均方根噪声，p2为平均光功率，n
tot
为总噪声，n
shot
为光电探测器散弹噪声，n
th
为仪表噪声，i
dc
为光电流，r
l
为光电探测器端口阻抗。
[0019]
作为可实现方式，所述光电探测器散弹噪声由以下方式获得：
[0020]
分别以不同的驱动电流点亮所述激光器，以获得所述光电探测器在不同的所述驱动电流下的探测器光功率；
[0021]
基于所述光电探测器的灵敏度及所述探测器光功率，确定光电流；
[0022]
基于以下关系式确定所述光电探测器散弹噪声：
[0023]nshot
＝2qi
dcrl
；
[0024]
其中，n
shot
为光电探测器散弹噪声，q为单位电荷电量，i
dc
为光电流，r
l
为光电探测器端口阻抗。
[0025]
作为可实现方式，所述耦合光纤为多模光纤，在测量所述相对强度噪声之前还包括：
[0026]
调整耦合光纤相对于被测激光器的位置，使所述耦合光纤耦合的多种模式的激光相对均匀。
[0027]
本技术提供的上述方案，可以将未经切割与封装的激光器阵列固定在载物台，电流源通过探针来对目标激光器提供驱动电流，光电探测器根据耦合光纤耦合进来的激光器所发出的激光，产生光电流，通过该光电流进行相对强度噪声计算，以获得对应激光器的相对强度噪声。在获得相对强度噪声后即可推断相应激光器的频率响应特性。
附图说明
[0028]
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0029]
图1为本发明第一实施例提供的测量激光器相对强度噪声的装置的结构示意图；
[0030]
图2为本发明实施例对耦合光纤进行位置调节时的示意图；
[0031]
图3为不同驱动电流下的相对强度噪声趋势图。
具体实施方式
[0032]
下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
[0033]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
[0034]
如图1所示，本发明实施例提供的一种测量激光器相对强度噪声的装置，包括：
[0035]
载物台3，所述载物台3的侧面设置有第一光学支架(图中未示出)和第二光学支架
(图中未示出)；
[0036]
例如但不限于，载物台3的顶面为平面，该平面用于安放未经切割与封装的激光器阵列，例如是垂直腔表面发射激光器整列的晶圆vcsel wafer。
[0037]
所述第一光学支架上设置有探针，所述探针的接触端位于所述载物台3之上，所述探针连接有电流源dc；
[0038]
所述第二光学支架上连接有耦合光纤6，所述耦合光纤6的一端正对所述载物台3，另一端连接光电探测器pd，所述光电探测器pd的电信号输出端连接频谱仪5。
[0039]
这里不对第一光学支架和第二光学支架的具体结构进行固定，第一光学支架只要可以固定连接探针，并可将探针与未经切割与封装的激光器阵列中不同激光器的阴极、阳极接触，以使激光器可以发光即可。第二光学支架可以对耦合光纤6进行固定，防止耦合光纤6的下端发生抖动，并可将耦合光纤6的下端面移动到需要进行测量的激光器的位置处即可。
[0040]
光电探测器pd例如但不限于为本征型pn结光电二极管、pin结光电二极管或apd雪崩二极管。
[0041]
本技术提供的上述方案，可以将未经切割与封装的激光器阵列固定在载物台3，电流源dc通过探针来对目标激光器提供驱动电流，光电探测器pd根据耦合光纤6耦合进来的激光器所发出的激光，产生光电流，通过该光电流进行相对强度噪声计算，以获得对应激光器的相对强度噪声。在获得相对强度噪声后即可推断相应激光器的频率响应特性。
[0042]
作为可实现方式，为了防止耦合进耦合光纤6的光发生反射而引入噪声，在耦合光纤6的另一端(也即耦合光纤6远离所要测试的激光器的一端)与所述光电探测器pd之间连接有隔离器1。
[0043]
作为可实现方式，所述光电探测器pd的电信号输出端与所述频谱仪5之间连接有信号放大器4。
[0044]
作为可实现方式，所述探针为gs探针或gsg探针。
[0045]
作为可实现方式，为了提高激光器发射的激光耦合进耦合光纤6的光量，在所述耦合光纤6正对所述载物台3的端部设置有光汇聚光学元件，光汇聚光学元件对激光器发射的激光进行汇聚后耦合进耦合光纤6，提高了耦合进耦合光纤6的光量，提高了光强，进而可以降低对光电探测器pd灵敏度的要求。
[0046]
作为可实现方式，所述光汇聚光学元件包括凸透镜或汇聚光栅。
[0047]
第二方面，本发明提供一种采用上述测量激光器相对强度噪声的装置的相对强度噪声测量方法，包括以下步骤：
[0048]
所述电流源dc通过所述探针向设置在所述载物台3上的激光器提供预定电流，以使所述激光器发射激光；例如但不限于，可以通过改变电流源dc输出电流的大小来控制激光器的亮度，以使光电探测器pd感测出不同的光电流。
[0049]
所述激光经所述耦合光纤6传输至光电探测器pd，所述光电探测器pd感知所述激光产生光电流；
[0050]
根据以下关系式获得相对强度噪声：
[0051]
[0052]
其中，rin为相对强度噪声，单位db/hz；n2为均方根噪声，单位w/hz；p2为平均光功率，单位mw；n
tot
为总噪声，单位w/hz；n
shot
为光电探测器pd散弹噪声，单位w/hz；n
th
为仪表噪声，单位w/hz；i
dc
为光电流，单位a；r
l
为光电探测器pd端口阻抗，单位ω。
[0053]
作为可实现方式，所述光电探测器pd散弹噪声由以下方式获得：
[0054]
分别以不同的驱动电流点亮所述激光器，以获得所述光电探测器pd在不同的所述驱动电流下的探测器光功率；例如但不限于通过光功率仪来获得不同驱动电流下光电探测器pd的光功率；
[0055]
基于所述光电探测器pd的灵敏度及所述探测器光功率，确定光电流；由于光电探测器pd的灵敏度为光电流与光功率的比值，而光电探测器pd的灵敏度可以是已知的，则在获得光功率的情况下，即可计算获得光电流；
[0056]
基于以下关系式确定所述光电探测器pd散弹噪声：
[0057]nshot
＝2qi
dcrl
；
[0058]
其中，n
shot
为光电探测器pd散弹噪声，q为单位电荷电量，i
dc
为光电流，r
l
为光电探测器pd端口阻抗。
[0059]
作为可实现方式，所述耦合光纤6为多模光纤，在测量所述相对强度噪声之前还包括：
[0060]
调整耦合光纤6相对于被测激光器的位置，使所述耦合光纤6耦合的多种模式的激光相对均匀。
[0061]
如图2所述，在调整耦合光纤6相对于被测激光器的位置时，耦合光纤6通过隔离器1连接光谱仪2，可以一边调整耦合光纤6的位置一边观看光谱仪所显示的光谱，在光谱仪2所显示的耦合光纤6耦合进的各个模式激光的分布尽可能均匀的情况下，停止对耦合光纤6的位置进行调整，并以当前的位置进行相对强度噪声。
[0062]
如图3所述，分别在2ma，3ma，4ma，5ma的驱动电流之下850nm vcsel的相对强度噪声曲线变化趋势。由于激光器的频率响应特性具备有弛豫谐振峰，其强度随着频率的增大而下降，在相近的频率位置，相对强度噪声的尖峰也会出现并随着频率的增大而下降。因此，通过本方案获得的相对强度噪声曲线变化趋势，即可大概推断频响特性中弛豫谐振峰位置。
[0063]
需要理解的是，上文如有涉及术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0064]
以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的
技术特征进行互相替换而形成的技术方案。