测量VCSEL损耗和增益的方法及系统与流程

本技术涉及光测量，具体而言，涉及一种测量vcsel损耗和增益的方法及系统。

背景技术：

1、垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser，vcsel)是一种激光发射方向垂直于p-n结平面、而谐振腔面平行于p-n结平面的半导体激光器，它属于面发射激光器的一种。与边发射激光器(edge emitting laser，eel)相比，vcsel的生产过程更具经济效益并且响应快，因此在越来越多的应用中取代了传统的边发射激光器。

2、vcsel生产过程中需要对各种关键性能参数进行检测。其中，liv(光强-电流-电压)测试是确定vcsel关键性能参数的一种快速简单的方法，通过liv(光强-电流-电压)测试，可以评估vcsel绝大多数电参数特性及最佳输出光功率。

3、目前，传统测量手段无法准确测量由腔体材料对光的吸收造成的光损耗，以及反射镜带来的光损耗。尽管通过一些测量手段能够测得vcsel发光材料的量子效率和谐振腔光损耗，但这些测量手段会产生较大的不确定性，导致测量结果准确性不高。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的在于提供一种测量vcsel损耗和增益的方法及系统，用以提高测量vcsel关键性能参数的准确性。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种测量vcsel损耗和增益的方法，包括：

3、控制宽谱光源发射宽谱光至待测vcsel，并调整电流源对所述待测vcsel的输出功率，当判断所述待测vcsel的腔内光增益和损耗达到平衡状态时，基于预先确定的第一关系式获取输出镜光损耗系数的值；其中，所述第一关系式包括空谐振腔往返总光损耗系数与归一化往返群延迟的对应关系，以及当腔内光增益和损耗达到平衡时输出镜光损耗系数与所述待测vcsel谐振腔往返光损耗系数的对应关系；

4、在所述待测vcsel的腔内光增益和损耗达到平衡状态的基础上，继续增大所述电流源的输出功率以使所述待测vcsel产生激光，关闭所述宽谱光源，并测量所述待测vcsel输出激光的强度与电流的相关性曲线，基于所述相关性曲线的斜率以及所述输出镜光损耗系数的值获取空谐振腔往返总光损耗系数；

5、保持关闭所述宽谱光源，改变所述电流源的输出功率，测量不同偏置电流下所述待测vcsel的自发辐射线宽曲线，基于所述自发辐射线宽曲线获取得到所述待测vcsel的谐振腔内光增益系数。

6、本技术实施例首先在腔内光增益和损耗达到平衡状态时测量获取输出镜光损耗系数的值，再根据光强与电流相关性曲线计算空谐振腔往返总光损耗系数，最后根据自发辐射线宽曲线获取得到谐振腔内光增益系数，从而有效提高测量vcsel关键性能参数的准确性。

7、在一些可能的实施例中，所述判断腔内光增益和损耗达到平衡状态，具体为：

8、控制宽谱光源发射宽谱光至待测vcsel，并调整电流源对所述待测vcsel的输出功率，测量不同偏置电流下所述待测vcsel谐振腔内光的波长与功率相关性曲线；

9、当所述波长与功率相关性曲线达到功率最低点时，判定腔内光增益和损耗达到平衡状态。

10、在一些可能的实施例中，所述基于所述自发辐射线宽曲线获取得到所述待测vcsel的谐振腔内光增益系数，包括：

11、基于所述自发辐射线宽曲线获取得到所述待测vcsel谐振腔内整体随泵浦电流变化的光增益系数；

12、根据所述待测vcsel谐振腔内整体随泵浦电流变化的光增益系数与预设的第二关系式获取得到所述待测vcsel谐振腔单位长度的光增益系数；

13、其中，所述第二关系式表示为：

14、在上式中，δg(i)表示所述待测vcsel谐振腔内整体随泵浦电流变化的光增益系数，g0表示所述待测vcsel谐振腔单位长度的光增益系数，n表示载流子密度，ntr表示透明载流子密度，i表示泵浦电流，itr表示透明电流，la表示所述待测vcsel增益区的多个量子阱的宽度之和。

15、在一些可能的实施例中，空谐振腔往返总光损耗系数与归一化往返群延迟的对应关系的表达式为：

16、其中，δc表示空谐振腔往返总光损耗系数，mc表示归一化的往返群延迟，vc表示空腔谐振频率，v0表示出射光波频率；

17、当腔内光增益和损耗达到平衡时输出镜光损耗系数与所述待测vcsel谐振腔往返光损耗系数的对应关系的表达式为：δ'c＝2*δ1

18、其中，δ'c表示所述待测vcsel谐振腔往返光损耗系数，δ1表示输出镜光损耗系数。

19、在一些可能的实施例中，所述归一化往返群延迟表示为：

20、在上式中，lc表示所述待测vcsel单程谐振腔长度，λ0表示光的谐振波长；其中，光的谐振波长为基于所述待测vcsel所产生的激光光谱的光强最大值进行确定得到。

21、在一些可能的实施例中，所述基于所述相关性曲线的斜率以及所述输出镜光损耗系数的值获取空谐振腔往返总光损耗系数，包括：

22、基于所述相关性曲线的斜率以及所述输出镜光损耗系数的值计算腔内光损耗系数与反射镜光损耗系数的和；

23、根据所述腔内光损耗系数与反射镜光损耗系数的和以及所述输出镜光损耗系数获取空谐振腔往返总光损耗系数；

24、其中，所述腔内光损耗系数与反射镜光损耗系数的和表示为：所述空谐振腔往返总光损耗系数表示为：δc＝δ1+δp+δ2；

25、在上式中，δp表示腔内光损耗系数，δ2表示反射镜光损耗系数，δ1表示输出镜光损耗系数，se表示所述相关性曲线的斜率，hv表示光子能量，q表示电子电荷数，δc表示空谐振腔往返总光损耗系数。

26、第二方面，本技术实施例提供了一种测量vcsel损耗和增益的系统，包括宽谱光源、环形器、偏振片、偏振控制器、透镜组、光谱仪、待测vcsel、电流源和控制器；其中：

27、所述宽谱光源用于发射宽谱光进行实验测试；

28、所述环形器用于控制光的传输方向，以将所述待测vcsel的输出光传输至所述光谱仪中进行测量；

29、所述偏振片和所述偏振控制器用于控制光的偏振；

30、所述透镜组用于调整光束直径，以使光束与所述待测vcsel的最低阶空间模式相匹配；

31、所述光谱仪用于进行光谱测量；

32、所述电流源用于向所述待测vcsel输出控制电流；

33、所述控制器用于实现任一项所述的测量vcsel损耗和增益的方法。

34、第三方面，本技术实施例提供了一种测量vcsel损耗和增益的装置，包括：

35、输出镜损耗测量模块，用于控制宽谱光源发射宽谱光至待测vcsel，并调整电流源对所述待测vcsel的输出功率，当判断所述待测vcsel的腔内光增益和损耗达到平衡状态时，基于预先确定的第一关系式获取输出镜光损耗系数的值；其中，所述第一关系式包括空谐振腔往返总光损耗系数与归一化往返群延迟的对应关系，以及当腔内光增益和损耗达到平衡时输出镜光损耗系数与所述待测vcsel谐振腔往返光损耗系数的对应关系；

36、腔内总损耗测量模块，用于在所述待测vcsel的腔内光增益和损耗达到平衡状态的基础上，继续增大所述电流源的输出功率以使所述待测vcsel产生激光，关闭所述宽谱光源，并测量所述待测vcsel输出激光的强度与电流的相关性曲线，基于所述相关性曲线的斜率以及所述输出镜光损耗系数的值获取空谐振腔往返总光损耗系数；

37、腔内增益测量模块，用于保持关闭所述宽谱光源，改变所述电流源的输出功率，测量不同偏置电流下所述待测vcsel的自发辐射线宽曲线，基于所述自发辐射线宽曲线获取得到所述待测vcsel的谐振腔内光增益系数。

38、第四方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时可实现第一方面任一实施例所述的方法。

39、第五方面，本技术实施例提供了一种计算机程序产品，所述的计算机程序产品包括计算机程序，其中，所述的计算机程序被处理器执行时可实现第一方面任一实施例所述的方法。

40、第六方面，本技术实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述程序时可实现第一方面任一实施例所述的方法。