[发明专利]激光表征系统和过程

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求2010年12月2日提交的美国临时申请61/419,042的优先权，本申请基于该临时申请的内容并且该临时申请的内容通过引用而整体结合于此。

背景技术

本公开涉及一种用于表征半导体激光器的系统和过程，更具体地涉及外腔半导体激光器的表征，还具体地涉及在将每个单独的外腔半导体激光器芯片从激光器芯片条分离和安装之前对激光器芯片条上每个外腔半导体激光器芯片的自动测试和表征。

量子级联激光器（QCL）是一类单极半导体激光器，其主要在中红外（MIR）和远红外（FIR）波长范围内（例如在从约3μm到约15μm的波长范围内）发光。外腔量子级联激光器（EC-QCL）是将量子级联增益块（例如在一个面上具有抗反射涂层的激光器芯片）与外腔组合的激光器系统。外腔典型地包括准直透镜和衍射光栅镜（或简称为衍射光栅）。在用于可调谐外腔半导体二极管激光器的常规Littrow配置中，从量子级联增益块发出的光被衍射光栅以一阶衍射沿着原始光束路径向回反射，并被反射回到量子级联增益块中以实现激射。这样的激光器系统通常被小心地设计以使其能在单波长下激射，该单波长由光栅镜的光栅角（或Littrow角）决定。光栅角是垂直于衍射光栅延伸的轴与从量子级联增益块发出的光束的路径的轴之间的角。当衍射光栅转动或枢转时，光栅角改变，并且由EC-QCL产生的激光束的激射波长也改变。因此，通过转动光栅镜，可在一定范围内调谐EC-QCL激光器系统的激射波长。激射波长可被调谐的范围由多个参数（诸如量子级联增益块的增益分布、增益块的面上的抗反射（AR）涂层、增益块与外腔之间的耦合效率、以及光栅镜的一阶衍射的反射率）决定。

EC-QCL提供单频率中红外辐射的相对较宽的光谱可调谐性，这在中红外光谱测量和分子感测中有多种应用。EC-QCL增益介质参数的表征和优化（诸如激光器的调谐范围和电学性质的表征）在EC-QCL开发和设计中是最重要的因素之一。用于EC-QCL配置中的QCL增益介质的制造、表征和选择的传统方法需要若干阶段：1)晶片的设计、生长和处理；2)晶片解理和分离成单个EC-QCL芯片；3)芯片管芯接合/安装；4)芯片面涂覆（每次一个）；5)单个EC-QCL芯片测试、表征和最优增益介质选择。虽然阶段1通常被优化成最佳工业标准，但阶段2-阶段5的过程通常手动执行，并且难以在高产量的工业制造以及研究和开发环境中实现。每个单独的EC-QCL芯片的分离、安装、测试和表征需要大量的时间和胜任的操作者来执行复杂的激光器－腔对准。因此激光器芯片的表征是成本高、耗时并且劳动密集的过程。存在对用于在制造的最早阶段（诸如在上述的阶段2至阶段5中的一个或多个阶段之前）测试和表征EC-QCL和其它类型的外腔（EC）激光器芯片的过程和系统的需求，该过程和系统消除阶段2到阶段5中浪费的时间和精力，并提供更高效和成本有效的激光器测试和表征过程。

概述

如本文中描述的一个实施例提供用于在将抗反射（AR）和/或高反射（HR）涂覆的外腔激光器条（具有40个QC增益块）分离成单个激光器芯片/二极管之前对抗反射（AR）和/或高反射（HR）涂覆的外腔激光器条执行全自动测试和表征的系统和过程。本实施例的系统和过程确保输出激光束的稳定光轴，并且在调谐过程期间没有光束操纵和走离。本实施例的系统和过程还提供稳定的外腔设计，其具有精确、自动的激光-腔对准和/或表征。通过每次提供对量子级联激光器芯片的仅一个面的访问，避免了针对输出激光辐射的第二准直透镜的对准的复杂性，这在具有不同长度的波导的量子级联激光器的情况下尤其有益。

将在以下详细描述中阐述附加的特征和优点，这些特征和优点部分地对于本领域的技术人员来说根据该描述将是显而易见的，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图的本文所述的发明可认识到。

应当理解的是，以上一般描述和以下详细描述两者仅仅是示例性的，并旨在提供用于理解权利要求本质和特性的概观或框架。包括的附图提供了进一步的理解，并被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图示出一个或多个实施例，并与说明书一起用于说明多个实施例的原理和操作。

附图简述

图1是从其上形成有QCL芯片行的晶片切割的QCL激光器芯片条的立体示意图；

图2是根据本发明的实施例的激光器条测试和表征系统的实施例的示意图；

图3是激光器条测试和表征系统的功能框图；

图4是用于图2和3的系统中的激光器条真空卡盘夹具的实施例的立体示意图；