辐照后半导体激光器伏安特性曲线测量系统及测量方法与流程

本发明属于辐射效应研究技术领域，具体涉及一种辐照后半导体激光器伏安特性曲线测量系统及测量方法。

背景技术：

半导体激光器(ld)因其体积小、重量轻、效率高、全固态、成本低等优点已经被广泛的运用于空间领域。半导体激光器在空间环境中将受到各种射线及粒子辐射的辐照，导致器件性能参数退化甚至失效。随着卫星激光通信、激光定向传能、激光微推进、激光火工控制等技术的提出，半导体激光器在宇宙飞船、通信卫星、空间站以及运载火箭等领域的应用需求日益迫切，亟待研究半导体激光器辐射效应机理。伏安特性曲线是半导体激光器重要的辐照敏感参数，因此伏安特性曲线的测量在半导体激光器辐射效应机理研究中具有关键的地位。

在地面辐射模拟试验中，由于辐照腔与测试室有一定的距离，需使用长线测试方法。某些辐射粒子例如高能质子、反应堆中子，在辐照实验结束后，器件本身仍会带有很强的辐射，测试人员不能接近器件，需使用长线测试方法。辐射效应的研究需考虑器件的退火效果，但由于辐射粒子残留，不能及时获得退火数据，需使用长线测试方法。使用长线测量半导体激光器的伏安特性曲线时，随着电流的增大，长线电阻造成的分压越大，导致测量结果不确定度增大。由于辐照环境的特殊性，需要对器件进行长线原位测量，因此需要对试验测量结果进行修正以去除长线电阻对实验结果的影响。

技术实现要素：

为了解决长线电阻影响半导体激光器伏安特性曲线测量精度的技术问题，本发明提供了一种辐照后半导体激光器伏安特性曲线测量系统及测量方法。

本发明的技术解决方案是：

本发明提供了一种辐照后半导体激光器伏安特性曲线测量系统，包括源表、辐照板、矩阵开关、控制计算机以及线缆；

辐照板的输入端与被测半导体激光器一一对应，且相互连接，辐照板的输出端与矩阵开关的开关单元输入端一一对应，且通过线缆连接；

矩阵开关的开关单元输出端与源表输入端通过线缆连接，源表输出端与控制计算机连接，且控制计算机与矩阵开关控制端连接。

进一步地，上述线缆选用gbip电缆。

基于上述对辐照后半导体激光器伏安特性曲线测量系统的描述，现对使用该系统进行辐照后半导体激光器伏安特性曲线的测量方法进行介绍，具体实现步骤是：

步骤1：将被测半导体激光器放置于辐照腔内的指定位置，根据实际场地选择合适线缆长度，并搭建辐照后半导体激光器伏安特性曲线测量系统；

步骤2：获取测量系统的阻值；

将辐照板中安装半导体激光器的各个管脚短接，在不提供辐照的情况下通过控制计算机控制源表分别给各个矩阵开关单元输入1-2ma电流，控制计算机采集数据，并获得测量系统的阻值r，并将该电阻值自动保存至控制计算机；

步骤3：开始提供辐照，辐照到规定的累积注量或剂量后，停止辐照，源表通过矩阵开关的开关单元向被测半导体激光器提供不同大小的电流值，与此同时，被测半导体激光器反馈给源表不同电流下对应的电压值；

步骤4：控制计算机通过计算去除测量系统电阻的影响，得到被测半导体激光器的实际电压值，通过被测半导体激光器的实际电压值和源表提供的电流值绘制辐照后半导体激光器伏安特性变化曲线。

进一步地，上述步骤4中半导体激光器的实际电压值的具体计算过程是：uld＝u1-i1r；

其中，uld为被测半导体激光器辐照后的实际电压值；

u1为被测半导体激光器反馈给源表不同电流下对应的电压值；

i1为源表通过矩阵开关的开关单元向被测半导体激光器提供不同大小的电流值。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过引入源表和矩阵开关，通过剔除测量系统的阻值带来的误差，从原理上解决了由于长线测量时，线缆电阻导致半导体激光器伏安特性曲线测量精度差的问题。

(2)本发明中的线缆长度可变范围广，可适用于不同的辐照试验场地且能够实现辐照过程中的在线测试。

(3)本发明通过与矩阵开关相结合进行测试，可同时测多个器件，操作简单，测试效率高。

(4)本发明可适用于不同粒子或射线(如重离子、电子、质子、反应堆中子、x射线、γ射线等)辐照后半导体激光器伏安特性曲线长线原位测试。

附图说明

图1为本发明半导体激光器伏安特性曲线长线原位测量系统示意图。

图2为本发明长线测试回路原理图。

图3为常规方法测量得到的半导体激光器伏安特性曲线。

图4为采用本发明中测量系统及方法得到的半导体激光器伏安特性曲线。

附图标记如下：

1-源表、2-矩阵开关、3-辐照板、4-控制计算机、5-线缆、6-被测半导体激光器。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种辐照后半导体激光器伏安特性曲线测量系统及测量方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。

参见图1，是以矩阵开关、源表和控制计算机为核心仪器的半导体激光器伏安特性曲线测量系统。整个测量系统主要包括源表1、矩阵开关2、辐照板3、控制计算机4以及线缆5；辐照板3的输入端与被测半导体激光器6一一对应，且相互连接，辐照板3的输出端与矩阵开关2的开关单元输入端一一对应，且通过线缆5连接；

矩阵开关2的开关单元输出端与源表1输入端通过线缆5连接，源表1输出端与控制计算机4连接，且控制计算机4与矩阵开关2控制端连接。

根据实验器件的数量，可制作相应的辐照板，即可实现辐照后半导体激光器的伏安特性曲线的测量。

参见图2，是本发明提供的长线测量构成的电流电压测试回路，在新的电路关系下，长线电阻与半导体激光器、源表构成串联，因此不影响电流的测量。由于长线电阻存在分压情况，导致伏安特性曲线测试不准确，因此需通过计算剔除掉长线电阻带来的测量误差。

通过以上系统可以进行辐照前后半导体激光器的伏安特性曲线测量，具体测量步骤如下：

步骤1：将被测半导体激光器放置于辐照腔内的指定位置，根据实际场地选择合适线缆长度，并搭建辐照后半导体激光器伏安特性曲线测量系统；

步骤2：获取测量系统的阻值；

将辐照板中安装半导体激光器的各个管脚短接，在不提供辐照的情况下通过控制计算机控制源表分别给各个矩阵开关单元输入1-2ma电流，控制计算机采集数据，并获得测量系统的阻值r，并将该电阻值自动保存至控制计算机；

步骤3：获取辐照前半导体激光器伏安特性变化曲线

在无辐照情况下，源表通过矩阵开关的开关单元向被测半导体激光器提供不同大小的电流值，与此同时，被测半导体激光器反馈给源表不同电流下对应的电压值；

步骤4：控制计算机通过计算去除测量系统电阻的影响，得到被测半导体激光器的实际电压值，通过被测半导体激光器的实际电压值和源表提供的电流值绘制辐照前半导体激光器伏安特性变化曲线。

步骤5：开始提供辐照，辐照到规定的累积注量或剂量后，停止辐照，源表通过矩阵开关的开关单元向被测半导体激光器提供不同大小的电流值，与此同时，被测半导体激光器反馈给源表不同电流下对应的电压值；

步骤6：控制计算机通过计算去除测量系统电阻的影响，得到被测半导体激光器的实际电压值，通过被测半导体激光器的实际电压值和源表提供的电流值绘制辐照后半导体激光器伏安特性变化曲线。

其中，半导体激光器的实际电压值的具体计算过程是：uld＝u1-i1r；

uld为被测半导体激光器辐照后的实际电压值；

u1为被测半导体激光器反馈给源表不同电流下对应的电压值；

i1为源表通过矩阵开关的开关单元向被测半导体激光器提供不同大小的电流值。

对比验证

为了验证本发明的真实有效性，参见图3，采用现有方法测量得到的引线长度为5米、10米和15米的条件下半导体激光器伏安特性曲线。参见图4是采用本发明中测量系统及方法得到的半导体激光器伏安特性曲线。从图3和图4中可以看出现有常规方法测量得到的长线条件下半导体激光器伏安特性曲线测量结果偏离严重，对半导体激光器辐射效应研究造成困难。而通过本发明计算得到的长线伏安特性曲线与未加线长的测量结果基本重合，保持了较高的测试精度。

本发明通过加入线缆、源表、矩阵开关对半导体激光器进行伏安特性曲线的测量，突破了辐照试验场地对器件测量的限制。并且通过计算使得测量回路中线缆电阻，并剔除线缆阻值对测量精度带来影响，提高了辐照后器件基础数据测量的工作效率，也减少了残留在器件上的辐射对测试人员的危害，对于辐射效应研究的发展具有实际应用意义。

最后所应说明的是，上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。