概述

垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)是一種激光發(fā)射方向垂直于P-N結(jié)平面,而諧振腔面平行于P-N結(jié)平面的半導(dǎo)體激光器,它屬于面發(fā)射激光器的一種。而EEL邊射型激光器的光則是沿著水平方向,由芯片的邊緣射出。與EEL相比, VCSEL的生產(chǎn)過程更具經(jīng)濟(jì)效益并且響應(yīng)快,因此在越來越多的應(yīng)用中取代了傳統(tǒng)的邊發(fā)射激光器。

圖:不同發(fā)光器件的工作原理

隨著光電子和信息技術(shù)的發(fā)展,尤其是設(shè)備升級和工藝改進(jìn)后,VCSEL無論在性能還是應(yīng)用上都取得了長足的發(fā)展。由于VCSEL具有閾值電流低、工作波長穩(wěn)定、光束質(zhì)量好、易于一維和二維集成等優(yōu)點(diǎn),在光通信、激光顯示、光存儲、消費(fèi)電子等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

圖:廣泛的VCSEL傳感應(yīng)用

垂直腔面發(fā)射激光器VCSEL具有復(fù)雜的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),但其封裝結(jié)構(gòu)一般更為簡單。不同于邊緣發(fā)射激光二極管，EEL需要解理成Bar條才能進(jìn)行檢測良品與否，而VCSEL在封裝前就可以對芯片進(jìn)行檢測,進(jìn)行產(chǎn)品篩選,極大降低了產(chǎn)品的風(fēng)險成本。VCSEL生產(chǎn)過程中有三道檢測工序,這三道工序都需要脈沖電流源對器件進(jìn)行測試?？焖?、靈活且精度高的測試方案對于減小測試的成本至關(guān)重要。

VCSEL常見測試參數(shù)特性分析

VCSEL器件廣泛應(yīng)用于3D人臉識別和距離傳感。當(dāng)VCSEL陣列用于TOF模組,特別是激光雷達(dá)一類的dTOF系統(tǒng)時, VCSEL在窄脈沖情況下的峰值功率、工作電流、工作電壓、轉(zhuǎn)化效率、近遠(yuǎn)場光學(xué)特性等參數(shù)對于芯片供應(yīng)商、封裝服務(wù)商、模組集成商等都非常重要。

VCSEL和VCSEL陣列,包括各種激光二極管標(biāo)準(zhǔn)檢測的關(guān)鍵電性能技術(shù)參數(shù),常見如激光二極管正向壓降(VF)、KinK點(diǎn)測試/線性度測試(dL/dI)、閾值電流(lth)、輸出光功率等(Po)以斜率效率(Es)等。

LIV測試是確定VCSEL關(guān)鍵性能參數(shù)的一種快速簡單的方法,它將兩條測量曲線組合在一個圖形中。L/I曲線顯示了激光器的光強(qiáng)度對工作電流的依賴性，并用于確定工作點(diǎn)和閾值電流。V/I曲線顯示了施加到激光器的電壓作為工作電流的函數(shù)。通過LIV(光強(qiáng)-電流-電壓)測試,可以評估VCSEL絕大多數(shù)電參數(shù)特性及最佳輸出光功率。

雷達(dá)輸出的激光脈寬越窄,測距精度越高;峰值光功率越大,一般需要至百瓦,測試距離越遠(yuǎn)。因此研究高注入電流的高峰值光功率VCSEL芯片十分關(guān)鍵。而大功率激光器使用直流或者寬脈沖加電時發(fā)熱嚴(yán)重,激光器特效受溫度影響非常大,直流或?qū)捗}沖下的測試結(jié)果并不能反映器件特性。因此為了測量VCSEL器件在真實(shí)工作場景下的性能,就需要微秒甚至納秒級驅(qū)動和測試能力的測試設(shè)備對其進(jìn)行測試,這是目前傳統(tǒng)直流或者寬脈沖的測試表具不能滿足的。

PL系列窄脈沖LIV測試系統(tǒng)典型方案

為了滿足VCSEL產(chǎn)業(yè)鏈對窄脈沖LIV測試的需求，普賽斯儀表和多應(yīng)用領(lǐng)域的頭部企業(yè)進(jìn)行了深入的探討,結(jié)合產(chǎn)業(yè)需求以及自身技術(shù)沉淀,推出了PL窄脈沖LIV測試系統(tǒng),產(chǎn)品具有輸出電流脈沖窄(ns級)、輸出脈沖電流大(30A)、支持脈沖光峰值功率檢測、支持激光器電壓測量、超快上升速度等功能。

圖:普賽斯PL系列窄脈沖LIV測試系統(tǒng)及測試系統(tǒng)框圖

PL系列窄脈沖LIV測試系統(tǒng)構(gòu)成如上圖所示:PL系列脈沖源、測試夾具、積分球、光纖、光譜儀等,光譜儀用戶可以根據(jù)自己的需求選擇另購。

系統(tǒng)優(yōu)勢

集多表功能于一體:快速脈沖發(fā)生器+程控電流源＋峰值取樣光功率計(jì)+脈沖電壓表

1、PL系列LIV測試系統(tǒng)具有同步性能好、測試速度快、完整化的解決方案等特點(diǎn)。

2、通過15MS/s的數(shù)字化功能,實(shí)現(xiàn)脈沖發(fā)生器0.1%基本測量精度;

3、超窄至ns級的脈沖,占空比可低至0.01%;

4、多個精密光電流測試量程;

5、上位機(jī)LIV算法,支持各種參數(shù)的自動計(jì)算,簡化應(yīng)用。

普賽斯PL系列窄脈沖系統(tǒng)LIV測試掃描可進(jìn)行正向電壓(VF)測試、閾值電流(lth)測試、光強(qiáng)度(L)測試、光學(xué)特性參數(shù)測試。

豐富的產(chǎn)品線,多通道老化電源滿足VCSEL激光器老化測試需求

從半導(dǎo)體激光器面世以來,由于其材料及結(jié)構(gòu)特性,面臨著使用壽命衰減的問題,需要對激光器芯片進(jìn)行老化測試,篩選出有潛在質(zhì)量問題的元器件,滿足其百萬小時級的工作時間。

針對VCSEL測試系統(tǒng)老化電源的需求,普賽斯豐富的產(chǎn)品線同樣可以應(yīng)對。多通道老化電源,最大可到40CH,各通道可獨(dú)立控制、同步測試、獨(dú)立輸出，配置靈活,幫助VCSEL的老化測試實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、高效。

審核編輯 黃宇