半導體激光器是光纖通訊，激光顯示，氣體探測等領域中的核心部件，受到全世界科技人員的廣泛關注。在半導體激光器的生產(chǎn)、研發(fā)過程中，對激光器的光電特性的測量尤為重要，是控制激光器制備工藝的穩(wěn)定性，激光器性能可靠性的關鍵環(huán)節(jié)。

　　半導體激光器是半導體光電轉換器件。半導體激光器由多層材料構成。自下而上包括背電極，襯底，下光限制層，下波導層，有源層，上波導層，上限制層，上電極。不同層由不同的外延材料組成。如此層狀結構是為了達到1）載流子（電子，空穴）的注入復合發(fā)光，2）光子橫向限制，形成光波導的目的。外延完成的層狀結構要經(jīng)過刻蝕工藝，形成脊波導，在脊波導上制備接觸電極。如此脊波導的目的是1）限制電流側向擴散，2）形成光子的側向波導。制備完的圓片經(jīng)過解理，鍍膜，燒焊，壓焊引線等工藝得到待測量的激光器，如同2所示。當向激光器電極注入電流時，激光器PN結兩側的電子和空穴大量的涌入有源區(qū)，在有源區(qū)電子空穴對復合，產(chǎn)生大量的光子，光子在波導的作用下沿軸方向傳播，在激光器端面，反射光形成激射條件，透射光則為激光器輸出的激光。激光器工作特性主要體現(xiàn)在1）PN結特性，串聯(lián)電阻，2）激光器的激射閾值，激光器斜率效率。這些特性決定了激光器的出光功率，功率轉換效率，工作壽命等性質(zhì)。生產(chǎn)和科研過程中經(jīng)常采用PIV測量方法獲得這些重要參數(shù)。

　　半導體激光器PIV特性即對激光器注入電流I時，激光器的出光功率P和激光器兩極電壓V的響應特性。與普通的PN結二極管等兩端器件不同，半導體激光器PIV測試不僅要測量激光器的電壓-電流（V-I）特性，重要的是同時完成激光器的功率-電流（P-I）特性的測試。因此，半導體激光器PIV測試系統(tǒng)包括精密電流源，電壓表，功率計和負責控制、儀器間通訊、數(shù)據(jù)采集和處理的軟件部分。傳統(tǒng)的PIV測試系統(tǒng)由分立的電流源（集成有電壓表），電流計和控制軟件組成。電流源用于提供激光器注入電流和測量電壓，電流計連接積分球用于測量激光器功率，電流源和電流計通過GPIB端口與軟件聯(lián)接，完成測量觸發(fā)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)热蝿铡?/p>

　　復雜的PIV測試系統(tǒng)存在很多問題，包括1）測量速度不高，單位時間內(nèi)測量的點數(shù)少，增加了測量耗時；2）系統(tǒng)的穩(wěn)定性差，由GPIB端口連接的儀器間會出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸阻塞的問題，系統(tǒng)容易癱瘓；3）系統(tǒng)的可控性差，測量速度、掃描點數(shù)，掃描方式不可根據(jù)測量要求進行調(diào)整。在大量的半導體激光器光電測試過程中，傳統(tǒng)的PIV測試系統(tǒng)出現(xiàn)了效率低、可靠性、可控性差的問題。

　　B2900A集成PIV測試系統(tǒng)

　　B2900A集成PIV測試系統(tǒng)（簡稱集成PIV系統(tǒng)）由本實驗組自行設計搭建，采用精密源測量單元SMU和積分球探測器組合系統(tǒng)進行PIV測試。系統(tǒng)結構簡單、精度高、可靠性好、速度快，提高生產(chǎn)效率的同時也增加了測試精度和可靠性，降低了大量測試的成本。集成PIV系統(tǒng)由系統(tǒng)主要由B2900A雙通道精密源測量單元SMU、積分球、夾具及軟件組成。B2900A的一個通道 CH1 作為激光器的電流源同時測量激光器的電壓V。LD的激射出光耦合入積分球，由積分球探測器轉化成光電流進入 B2900A 的另一個通道CH2，用B2900A CH2測得的光電流乘以積分球探測器功率電流轉換系數(shù)就得到了激光器的出光功率。B2900A由USB端口與PIV測量軟件連接，完成測量控制和數(shù)據(jù)采集。測量時，通過PIV測試軟件設置測試的參數(shù)，CH1和CH2內(nèi)部同時觸發(fā)進行PIV測量，數(shù)據(jù)通過USB端口實時的返回軟件。通過軟件界面可以實時的觀測激光器的動態(tài)特性。同時，可以根據(jù)軟件測量數(shù)據(jù)快速的分析出每個激光器的特性參數(shù)，包括正向壓降 、光功率 、閾值電流 、拐點 等參數(shù)。

　　集成PIV系統(tǒng)在進行大量激光器PIV測試過程中突現(xiàn)出易操作、高精度、高效率、高可靠等優(yōu)越性能。激光器的所有測試參數(shù)都可以在軟件界面上輕松設置，包括電流源電壓源切換，直流脈沖切換，電流范圍，限制電壓，掃描方式，掃描點數(shù)，掃描時間及速度等。這使得不同測設條件間參數(shù)調(diào)整方便快捷。其次，B2900A精密源測量單元的電流測量精度可以達到0.1nA。在高阻半絕緣結構（107~8Ω）測量時，在較小的驅動電壓（<1V）下就可以精確的測量出高阻結構的電阻值。同時，激光器的功率與電壓電流同步測量，無需外部協(xié)同觸發(fā)。掃描測量時，8秒內(nèi)可以完成大于400點的測量。

　　集成PIV系統(tǒng)的可擴充性也是其在半導體激光器研發(fā)領域應用中的突出的優(yōu)點。集成PIV系統(tǒng)的硬件部分，包括B2900A精密測量單元，測量平臺，由GPIB或USB等端口與計算機連接。因此，集成PIV系統(tǒng)硬件部分可以配合用戶通過NationalInstrument等軟件平臺編寫的測試軟件程序，完成用戶需要的，更為復雜的測量任務。

　　在半導體激光器的生產(chǎn)和研發(fā)過程中，要對半導體激光器芯片進行大量的PIV測試。相比傳統(tǒng)的分立復雜的PIV測試系統(tǒng)，B2900A精密測量單元集成的PIV測試系統(tǒng)具有系統(tǒng)結構簡單，操作方便，精度高，可靠性強，測量迅速等優(yōu)勢，大大降低了激光器芯片PIV性能測量的操作成本，時間成本，同時增加了PIV測量的靈活性。B2900A精密測量單元將會在半導體激光器生產(chǎn)和科研等領域得到廣泛的應用。