针对上述所有目的，市场上提供了种类繁多的仪器，用于测量和表征各种光学光源，例如：DFB激光器、法布里-珀罗激光器、LED、VCSEL等。根据测量类型、应用领域和工作环境（例如制造工厂、研究实验室、操作控制室等），必须选择合适的解决方案以及特定的测量装置。本文将分析一些可用于表征激光光源主要工作参数的商用解决方案。虽然还有其他类型的测量专用仪器，但这超出了本文的讨论范围。.

激光二极管的光电特性表征。
图 1 展示了典型的激光二极管模块。它主要由激光光源、用于监测光功率的集成光电二极管、用于控制器件工作温度的热敏电阻和热电冷却器 (TEC) 组成。高速模块还集成了一个调制器，用于注入待传输的数字信号。不过，本文将重点关注器件的直流特性表征。为此，可以使用如图 2 所示的测量装置。这是一个来自吉时利仪器公司的光电流电压 (LIV) 测试系统。2420 型单元为激光二极管供电，并以可编程步长进行 0 至 3 A 的电流扫描。对于每个步长，2420 型单元存储电流和电压测量值，而 2502 型单元则测量并存储光电二极管中的电流。扫描完成后，两个单元都会将数据下载到 PC 上进行进一步分析。利用合适的软件，可以绘制器件的工作曲线并计算其特性参数。图 3 展示了部分结果示例。
激光二极管的直流测试通常包括以下几个方面：正向电压、阈值电流、光强、斜率效率 (dL/dI)、光电二极管反向电压（监测）、光电二极管电流和光电二极管暗电流。下文将更详细地讨论其中一些测量项目。

正向电压测试
：正向电压 (VF) 测试用于验证激光二极管的正向偏置特性。该测试包括扫描偏置电流 (IF) 并测量二极管两端的电压降。大多数情况下，扫描电流以 0.5 或 0.25 mA 的步长递增至 1 A，但一些高功率激光二极管需要以 1 mA 的步长递增至 2–3 A 的电流。正向电压测量范围为 0–10 V，分辨率为微伏级。扫描持续时间约为几毫秒。
阈值电流测试：
激光阈值电流 (Ith) 定义为器件进入激光模式并开始发射激光时的电流。其值可通过对 LI 曲线进行二阶微分并计算其最大值的位置来获得。图 4 以图形方式展示了计算过程。
光强度测试
：光强度可以通过两种方式测量：交流 (AC) 和直流 (DC)。交流测量使用连接到激光二极管输出端的简单光功率计。另一方面，直流测量是将反向偏置的光电二极管置于激光器输出端，并使用高精度万用表（皮安表）测量光电二极管的直流电流。当需要测量光功率时，则使用经过校准的积分球和探测器。系统软件利用测得的电流值以及光电二极管的校准数据来计算模块输出端的光功率。典型的光电二极管电流范围为0-3 mA，分辨率为0.1 mA。直流测量的主要优点是速度比交流测量更快。

斜率效率测试
，也称为“拐点测试”，用于验证激光器线性度 (LI) 曲线的线性度。该测试通过计算曲线的一阶导数来检测任何可能影响激光器调制响应的“峰值”。在激光器的工作范围内，dL/dI 图应基本呈水平状态。否则，该器件可能被判定为有缺陷。图 5 展示了检测激光器缺陷的过程。

光电二极管测试：
监测光电二极管的主要测量项目通常是反向击穿电压和暗电流。反向击穿电压限制了反向偏置光电二极管在不损坏结的情况下所能承受的最大电压。该值可通过向器件施加 -0.01 mA 的电流并测量结两端的电压来估算。另一方面，暗电流可通过阻断激光二极管电流（同时必须确保没有其他光子照射到光电二极管上）、对光电二极管结施加偏置电压并测量产生的电流来获得。

温度依赖性：
上述大多数测量都与温度相关。因此，激光二极管的特性表征通常在标称温度和指定的极端工作温度（通常为 -40、25 和 85 °C）下进行。在其他情况下，LIV 测试在一系列温度下进行：5 °C、10 °C、15 °C、20 °C、25 °C 和 30 °C。激光模块的热敏电阻和热电冷却器 (TEC)（图 1）用于监测器件的工作温度。此外，还需进行测试测量以验证这些组件是否正常工作。这些测量主要包括改变工作温度点，并在达到新温度后验证热敏电阻的阻值。使用微安级电流测量热敏电阻的阻值，以最大限度地减少功耗。

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作者：

弗朗西斯科·拉莫斯·帕斯夸尔，电信工程博士

瓦伦西亚理工大学正教授