确定激光二极管故障的激光器装置和方法与流程

本发明涉及激光器装置。更特别地，本发明涉及包括一个或两个以上激光二极管的激光器装置。特别是，激光二极管属于垂直腔面发射激光器(vcsel：verticalcavitysurfaceemittinglaser)型。此外，本发明涉及一种确定激光二极管故障的方法。

背景技术：

基于激光二极管、特别是vcsel型激光二极管的激光器装置，对于光学感测应用是引人注目的。由于具有集成的光电二极管(vip：integratedphotodiode)的vcsel在一个封装中提供光源和检测器，因此它们是更引人注目的组件。使用基于具有集成的光电二极管(vip)的vcsel的激光器装置的光学感测应用例如是粒子感测、距离感测、速度感测等。基于vcsel的激光器装置由于低成本、低功耗、高敏感性、小尺寸、自对正光路等而是有利的。

激光二极管的输出功率可能会由于激光二极管在使用寿命期间的劣化而降低。因此，激光二极管输出的功率监测对于依赖于固定光功率水平的许多应用至关重要。

在常规的vcsel中，通常无法监测产生的光量。这意味着无法检测到vcsel在使用寿命早期由于例如vcsel的半导体(例如，gaas)缺陷、刻面刻蚀或机械损坏而故障的情况。vcsel的典型早期故障率在500ppm的范围内。对于必须指定通常＜100ppm的初期故障率的大多数光学传感器来说，这个比率太高了。通过vcsel产生的激光的输出功率可以通过布置在与vcsel在共同的壳体中但是在vcsel外部的光电检测器来监测。然而，使用外部光电检测器需要更多空间，导致光学传感器不紧凑。因此，将光电二极管集成到vcsel芯片中将是有利的，这应该允许测量通过vcsel实际发射的光输出，其中，该测量可以用作反馈回路来调节vcsel驱动电流。然而，已经发现，将监测光电二极管集成到vcsel芯片中并非易事，因为这样的集成(内部)光电二极管通常不仅对激光发射敏感，而且对vcsel的自发光发射敏感。如果通过vcsel发射的激光变少，则自发光发射(也称为led光发射)可能会变多。

在spievol.7229，72290e，2009学报的由kentd.choquette、chunlei编辑的vertical-cavitysurface-emittinglasersxiii中的m.grabherr等人的一篇文章“integratedphotodiodescomplementthevcselplatform”中，描述了如何设计具有集成的光电二极管的vcsel使得内部光电二极管对激光比对led光更敏感。从这篇文章中可以看出，由于设计限制，很难制作内部光电二极管使得光电二极管电流随激光输出功率的增大至少是光电二极管电流随led光输出功率的增大的2倍。因此，利用集成的光电二极管监测激光二极管的输出功率似乎并不可靠。

us2014/0270752a1公开了一种包括激光二极管的光传输装置，所述激光二极管被提供第一驱动电流或第二驱动电流。控制器为激光二极管提供第一驱动电流以传输光信号，并在停止提供第一驱动电流期间，提供大小彼此不同的多个第二驱动电流以发射光。测量单元测量通过激光二极管发射的光的强度。计算器基于测量单元测量的多个第二驱动电流对应的强度以及多个第二驱动电流的大小来计算激光二极管的阈值电流。确定单元基于在特定时间段内通过计算器计算的阈值电流的变化量来确定激光二极管突然失效的前兆。

us2013/0287418a1公开了一种能够进行高精度光量控制的光束扫描装置。该装置包括激光二极管。

us2007/0116076a1公开了实现半导体激光器的基本恒定的光功率和/或消光比的方法、设备和系统。

us5019769a公开了一种激光二极管控制器，所述激光二极管控制器使用编程的微控制器来精确控制开启和选择激光二极管的工作点的过程。

us5757837公开了一种具有腔内量子阱光电检测器的垂直腔面发射激光器。

因此，仍然需要能够以更可靠的方式监测其输出功率的激光器装置，以检测激光二极管的故障或劣化。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种具有至少一个激光二极管的激光器装置，其故障可以以更可靠的方式检测。

本发明的另一目的是提供一种具有至少一个激光二极管的激光器装置，其在使用寿命期间的劣化可以以更可靠的方式监测。

本发明的另一目的是提供一种改进的监测激光二极管以检测激光二极管的故障或劣化的方法。

在本发明的第一方面，提供一种激光器装置，所述激光器装置包括：

至少一个激光二极管，其被配置为能够发射辐射，其中，辐射的输出功率取决于激光二极管驱动电流；

光电二极管，其被配置为能够接收通过所述至少一个激光二极管发射的辐射，其中，接收的辐射根据接收的辐射的输出功率在光电二极管中诱发光电二极管电流；

电路，其被配置为能够：

测量针对激光二极管驱动电流的光电二极管电流，

根据测量的光电二极管电流，计算作为所述至少一个激光二极管的实际激光器阈值电流的量度的所述至少一个激光二极管的激光器阈值电流，

其中，所述电路被配置为能够测量针对第一激光二极管驱动电流的第一光电二极管电流，以根据测量的第一光电二极管电流计算第一线性斜率，能够测量针对第二激光二极管驱动电流的第二光电二极管电流，以根据测量的第二光电二极管电流计算第二线性斜率，并能够将第一线性斜率和第二线性斜率相交处的激光二极管电流计算为激光器阈值电流，其中，在第一激光二极管驱动电流下，所述至少一个激光二极管处于非激光发射操作状态，在第二激光二极管驱动电流下，所述至少一个激光二极管处于激光发射操作状态，

其中，所述电路还被配置为能够确定第二线性斜率的梯度与第一线性斜率的梯度之比，

其中，所述电路还被配置为如果所述比等于或低于阈值，则检测到所述至少一个激光二极管的故障或劣化。

本发明提供了如何可靠地使用监测光电二极管来监测激光二极管的质量状态而不测量激光二极管的实际输出功率的构思。本发明特别有利但不限于是包括具有集成的光电二极管(vip：integratedphotodiode)的至少一个激光二极管的激光器装置，尽管这样的设计可能需要经受以下方面：与集成的光电二极管对激光的敏感性相比，集成的光电二极管对led光的敏感性的相对高。根据本发明的构思基于根据在一个或两个以上测量点处测量的针对激光二极管驱动电流的光电二极管电流，来确定、例如计算至少一个激光二极管的虚拟的激光器阈值电流。确定的虚拟的激光器阈值电流不一定是激光二极管的实际激光器阈值电流，但可以作为实际激光器阈值电流的可靠指示。计算的激光器阈值电流(在本说明书中也称为“虚拟”或“替代”的激光器阈值电流)提供对至少一个激光二极管的质量状态的良好洞察。根据本发明，不再需要直接测量激光二极管的实际发射输出功率。该电路可以集成在激光二极管芯片中，或者可以是激光二极管芯片外部的电路。例如，电路可以是asic，或者电路的功能可以在驱动和控制至少一个激光二极管的asic中实施。

在本说明书中，术语“激光二极管”包括一个发光元件或发光部件、例如vcsel的台面。两个或更多个激光二极管(两个或更多个台面)可以布置在共同的芯片上。例如，在vcsel的情况下，共同的芯片上的两个台面在本说明书中表示为两个vcsel。

测量光电二极管电流的测量点(激光二极管驱动电流)的数量可以低至1，但也可以包括更多数量的测量点、例如2、3、4或更多个。优选地，测量点的数量保持尽可能少以减少计算消耗。

电路可以被配置为能够基于所确定的替代的激光器阈值电流来检测至少一个激光二极管的故障或劣化。

因此，至少一个激光二极管的故障或劣化的检测可以基于单个确定的参数而不需要测量激光二极管的实际输出功率。

电路可以被配置为能够将替代的激光器阈值电流确定为光电二极管电流随激光二极管驱动电流的变化呈现出扭折(kink)时的激光二极管驱动电流。

尽管如上述参考文章中所述，光电二极管电流随激光输出功率增大的情况可能不会显著高于光电二极管对led光的敏感性，但光电二极管电流曲线中仍可能存在扭折。该扭折处于或接近实际激光二极管阈值电流。因此，扭折可以有利地用于确定替代的激光器阈值电流。如果无法检测或仅检测微弱的扭折，则至少一个激光二极管可能发生故障。

电路被配置为能够测量针对激光二极管处于非激光发射操作状态的激光二极管驱动电流的光电二极管电流，并且根据测量的光电二极管电流计算线性斜率。

这里的一个优点是，例如可以通过两次或少量的测量来计算在至少一个激光二极管的非激光发射状态下光电二极管电流随激光二极管驱动电流变化的线性斜率。在该实施例中，有利地减少了计算消耗。

如果如前所述计算光电二极管电流的线性斜率，或者如果在激光器阈值之下的线性斜率是已知的，则电路可以被配置为能够递增地增大激光二极管驱动电流，以测量针对递增地增大的激光二极管驱动电流的光电二极管电流电流，并将替代的激光器阈值电流确定为测量的光电二极管电流偏离线性斜率超过阈值时的激光二极管驱动电流。

在该实施例中，可以使用迭代算法来找到光电二极管电流信号中的扭折。当激光二极管驱动电流在实际激光器阈值电流之下递增地增大时，相关联的测量的光电二极管电流将或多或少准确地位于线性斜率上。当激光二极管驱动电流达到并略微超过实际激光器阈值电流时，激光二极管开始激光发射操作，相关联的光电二极管电流将不再位于线性斜率上，而是更明显地偏离线性斜率。然后，相关联的光电二极管电流明显偏离线性斜率的激光二极管驱动电流可以被确定为替代的激光器阈值电流。用于增大激光二极管驱动电流的递增步长不能非常小，但要小到足以检测到光电二极管电流信号中的扭折，从而可以以高速和低计算消耗地确定替代的激光器阈值电流。

电路被配置为能够测量针对激光二极管处于激光发射操作状态下的激光二极管驱动电流的光电二极管电流，并且根据测量的光电二极管电流计算线性斜率。

可发现在激光器阈值电流之下的光电二极管电流的线性斜率变化不大，不需要反复测量。在这种情况下，以下是足够的：在实际激光器阈值之上的一个或两个以上测量点处测量光电二极管电流随激光二极管驱动电流的变化，而在激光器阈值电流之下的光电二极管电流的测量频率低得多，甚至不测量。

电路被配置为能够测量针对第一激光二极管驱动电流的第一光电二极管电流，以根据测量的第一光电二极管电流计算第一线性斜率，能够测量针对第二激光二极管驱动电流的第二光电二极管电流，以根据测量的第二光电二极管电流计算第二线性斜率，并能够将替代的激光器阈值电流确定为第一线性斜率和第二线性斜率相交处的激光二极管电流，其中，在第一激光二极管驱动电流下，激光二极管处于非激光发射操作状态，在第二激光二极管驱动电流下，激光二极管处于激光发射操作状态。

这种措施是有利的，这是因为利用例如少量的测量点，可以计算出两个线性斜率，替代的激光器阈值电流可以确定为两个线性斜率相交处的激光二极管驱动电流。

在上述配置中，还可以基于感测模式期间激光器驱动电流中的已知调制信号来计算在激光器阈值电流之上的线性斜率，而不是使用在激光器阈值电流之上的多个激光二极管驱动电流处的测量结果。

电路还被配置为能够确定第二线性斜率的梯度与第一线性斜率的梯度之比。

这种措施有利于验证光电二极管电流的测量值是否可靠。如果第二线性斜率的梯度和第一线性斜率的梯度之比等于或小于1，则指示激光二极管出现故障。

就这一点而言，电路被配置为如果该比等于或低于阈值，则检测到至少一个激光二极管的故障。该阈值大于1、例如可以是1.5，或者可以大于2、例如2.5。

电路可以被配置为能够当所确定的替代的激光器阈值电流超过预定限值时，检测到至少一个激光二极管的故障或劣化。

所述预定限值可以是以下替代的激光器阈值电流的值：该值与为所述至少一个激光二极管指定的标称激光器阈值电流相差太远，以至于该激光二极管不能用于所讨论的感测应用。

所述至少一个激光二极管优选地是垂直腔面发射激光器(vcsel)。

光电二极管和所述至少一个激光二极管可以布置在共同的芯片上，或者光电二极管可以集成在所述至少一个激光二极管中并布置在激光二极管的光学谐振器外部，或者光电二极管可以集成在所述至少一个激光二极管中并且布置在激光二极管的光学谐振器内部。

如果光电二极管集成在激光二极管中，无论是在激光二极管的光学谐振器中还是在光学谐振器外部，本发明都是特别有利的。如上所述，在光电二极管集成在vcsel中的情况下，光电二极管对vcsel发射的led光的敏感性可能太高，该问题通过确定所述至少一个激光二极管的替代的激光器阈值电流来解决。

在另外的实施例中，所述至少一个激光二极管是第一激光二极管，并且激光器装置还包括至少一个第二激光二极管，其中，光电二极管被配置为能够接收通过第一激光二极管发射的辐射和通过所述至少一个第二激光二极管发射的辐射。

在该实施例中，一个光电二极管可以测量至少两个激光二极管的光发射。所述至少两个激光二极管可以集成在共同的芯片上。光电二极管可以集成到所述至少两个激光二极管中。所述至少两个激光二极管可以是至少两个vcsel。光电二极管可以在vcsel的谐振腔内部或在谐振腔外部集成到vcsel。vcsel的发光结构可以是台面。因此，利用一个光电二极管，可以检测多个激光二极管的故障或劣化。光电二极管电流的测量和所述多个激光二极管的替代的激光器阈值电流的确定可以按时间间隔针对每个激光二极管单独地执行。电路可以被配置为能够如上所述确定所述多个激光二极管的替代的阈值电流。电路可以被配置为能够选择激光二极管中在输出功率方面表现出最佳性能的一个激光二极管，以用于在利用激光器装置执行的感测应用中操作。电路可以基于针对所述多个激光二极管确定的所确定的替代的阈值电流来进行选择。所述多个激光二极管中性能最好的激光二极管可以是确定的替代的激光器阈值电流最低的那个。

根据本发明的第二方面，提供一种监测激光二极管的输出功率的方法，所述方法包括以下步骤：

设置光电二极管，光电二极管被配置为能够接收通过激光二极管发射的辐射，其中，接收的辐射根据接收的辐射的输出功率在光电二极管中诱发光电二极管电流；

测量针对第一激光二极管驱动电流的第一光电二极管电流，根据测量的第一光电二极管电流计算第一线性斜率，测量针对第二激光二极管驱动电流的第二光电二极管电流，根据测量的第二光电二极管电流计算第二线性斜率，其中，在第一激光二极管驱动电流下，至少一个激光二极管处于非激光发射操作状态，在第二激光二极管驱动电流下，所述至少一个激光二极管处于激光发射操作状态；

将第一线性斜率和第二线性斜率相交处的激光二极管电流计算为作为实际激光器阈值电流的量度的激光器阈值电流；

确定第二线性斜率的梯度与第一线性斜率的梯度之比，

如果所述比等于或低于阈值，则检测到所述至少一个激光二极管的故障或劣化。

该方法具有与要求保护的激光器装置相同或相似的实施例。

所要求保护的方法可以有利地用于在制造激光器装置期间或之后检测激光器装置的至少一个激光二极管的故障或劣化，或者在例如光学感测应用中的激光器装置操作期间检测至少一个激光二极管的故障或劣化。

本发明还提供一种计算机程序，所述计算机程序包括程序代码工具，当所述计算机程序在计算机上执行时，使得计算机执行根据本文中公开的方法的步骤，以及提供一种非暂时性计算机可读记录介质，所述非暂时性计算机可读记录介质中存储一种计算机程序产品，当计算机程序产品被处理器执行时，执行使本文中公开的方法。

附图说明

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并被阐明。在以下附图中：

图1在右侧部分示出了包括具有集成的光电二极管的激光二极管的激光器装置的一个实施例的示意性截面图，在左侧部分示出了激光二极管与光电二极管之间电连接的连接方案；

图2在右侧部分示出了包括具有集成的光电二极管的激光二极管的激光器装置的另一实施例的示意性截面图，在左侧部分示出了激光二极管与光电二极管之间电连接的连接方案；

图3示出了示出激光二极管的输出功率在不同温度下随激光器驱动电流的变化(下面三个曲线)和光电二极管电流在不同温度下随激光器驱动电流的变化(上面三个曲线)的示意图；

图4示出了示出在加速寿命测试中用作测量激光二极管的输出功率的外部检测器的光电二极管的光电二极管电流的时间行为，以及在加速寿命测试中集成到激光二极管中的光电二极管的光电二极管电流的时间行为；

图5示出了示出光电二极管电流随激光二极管的激光器驱动电流的变化和激光二极管的输出功率随激光二极管驱动电流的变化的示意图；

图6示出了图5的示意图，其中，两个线性斜率已被绘制到光电二极管电流曲线中，用于确定虚拟的激光器阈值电流；

图7示出了示出虚拟的激光器阈值与通过测量多个激光二极管的光输出功率获得的阈值电流之间的相关性的示意图；

图8示出了包括具有一个集成的光电二极管的两个激光二极管的激光器装置的另一实施例的顶视图；

图9示出了两个激光二极管与光电二极管之间连接的连接方案。

具体实施方式

图1示出了激光器装置10的一个实施例。激光器装置10可用于光学感测应用，例如用于粒子检测。

激光器装置10包括激光二极管12。激光二极管12可以被配置为垂直腔面发射激光器(vcsel)。vcsel可以具有本领域中已知的台面结构13。vcsel可以被配置为能够具有光学谐振腔14，所述光学谐振腔包括下分布式布拉格反射器(dbr：distributedbraggreflector)16和上dbr18。反射器16和反射器18形成激光二极管12的光学谐振腔14。激光有源量子阱层17和电流限制层19可以如本领域中已知地布置在下dbr与上dbr之间。

激光器装置10还包括光电二极管20。在本实施例中，光电二极管20被集成到激光二极管12中下dbr与基体22之间。因此，光电二极管在谐振腔14的外部。光电二极管20可以具有p-i-n结构。激光二极管12的阴极24和光电二极管20的阳极26的电连接通过激光二极管12的谐振腔内部n接触体28和至光电二极管20的p掺杂层的过孔接触体30和连接两个电极的电镀金属柱32来实现。因此，在本实施例中，激光二极管12的阴极24与光电二极管20的阳极短路。例如，光电二极管20的p掺杂层可以是3μm厚。例如，光电二极管20的吸收层35可以包括未掺杂的gaas并且可以是2μm厚。

在图1的左侧部分中，示出了激光二极管12与光电二极管20之间的连接方案。

在图1的实施例中，这里被配置为vcsel的激光二极管12可以在p-i-n光电二极管20的顶部上生长。

激光器装置10还包括被配置为能够控制激光二极管12和光电二极管20的电路34。电路34可以被配置为能够测量通过激光二极管12发射并被光电二极管20接收的辐射所诱发的光电二极管20的光电二极管电流。

在操作中，激光二极管12发射辐射，其中，辐射的输出功率取决于驱动激光二极管12的激光二极管驱动电流。光电二极管20接收通过激光二极管12发射的辐射，在本实施例中，该辐射被光电二极管20的i层35吸收。通过激光二极管12发射并被光电二极管20接收的辐射根据通过激光二极管12发射并被光电二极管20接收的辐射的输出功率而在光电二极管中诱发光电二极管电流。

图2示出了包括激光二极管52的激光器装置50的另一个实施例。激光器装置50还包括集成到激光二极管52中的光电二极管60。与图1中的实施例不同的是，光电二极管60集成在激光二极管12的光学谐振腔54中。在本实施例中，光电二极管60集成到光学谐振腔54的下dbr中，所述光学谐振腔还包括上dbr58和在dbr之间具有量子阱的激光有源介质。如在图1中的实施例中，激光二极管52可以被配置为包括台面结构53的vcsel。可以如下地实现光电二极管60到下dbr56中的集成。下dbr56可以包括3个区域：从具有n掺杂层的激光有源介质下方开始、变为p掺杂层、然后是置于驻波图案的波腹周围的光电二极管60的吸收层，以获得激光二极管52的受激发射与自发发射的最大响应度和最大对比度。光电二极管的p-i-n结构通过另外的n掺杂层完成。中央n掺杂dbr部分中的谐振器内部腔接触体68用作vcsel阴极和光电二极管阳极二者。激光二极管12的阴极和光电二极管60的阳极之间的附加的p-n结没有缩短，而是在正向方向上驱动，因此可以跳过光电二极管阳极接触体。

激光器装置50包括被配置为能够控制激光二极管52和光电二极管60的电路74。电路74可以被配置为能够测量通过激光二极管52发射并被光电二极管60接收的辐射所诱发的光电二极管60的光电二极管电流。

与测量具有外部光电检测器的激光二极管的输出功率不同，测量具有集成的光电二极管的激光二极管的输出功率并不简单，这是因为如将参考图3解释的，集成的光电二极管不仅对通过激光二极管发射的辐射的受激发射(激光)敏感，而且对通过激光二极管发射的辐射的自发发射(led光)敏感。

图3中的上面的曲线100、102、104示出了在光电二极管集成到激光二极管中的情况下、例如在图2中的激光器装置50的情况下，当接收来自激光二极管的辐射时在光电二极管中诱发的光电二极管电流。图3中示出的是光电二极管电流随用于驱动激光二极管的激光二极管驱动电流的变化。曲线100、102、104依次对应于温度-10℃、+30℃和+80℃。图3中下面的曲线106、108、110依次示出了在三个温度-10℃、+30℃和+80℃下，激光二极管的辐射的输出功率随激光器驱动电流的变化。从图3中可以看出的，在(取决于温度的)实际激光器阈值电流ltc1、ltc2、ltc3(针对三个指示温度)之下，激光二极管输出功率几乎是恒定的并且约为零，在激光驱动电流增大到激光器阈值电流之上的激光器阈值电流处开始显著增大。然而，在实际激光器阈值电流之下，由于集成的光电二极管对通过激光二极管发射的led光的敏感性，光电二极管电流已经增大。结果表明，光电二极管电流对led光的敏感性可能太高，以至于在激光器阈值电流之上光电二极管电流随激光输出功率的增大而增大不像光电二极管对led光的敏感性那样明显，使得难以简单地通过监测具有集成的光电二极管的光电二极管电流来监测激光二极管的输出功率。

然而，在图3中的光电二极管电流曲线中可以清楚地看出的是扭折(kink)112(对于温度-10℃和+30℃大约相同)和扭折113(对于温度+80℃)。在图3中还可以看出的是，扭折112和扭折113大约对应于激光器阈值电流ltc1、ltc2、ltc3。

图4示出了对vcsel进行约470分钟的加速寿命测试的结果。在加速寿命测试中，vcsel的劣化行为通过使用激光二极管外部的光电二极管以及通过集成到激光二极管中的光电二极管来测量。白框示出了外部光电二极管的光电二极管电流的测量的测量结果，黑框示出了利用集成的光电二极管测量的光电二极管电流。从图4中可以看出，vcsel正在按预期劣化，集成的光电二极管的光电二极管电流具有与利用外部(外面的)检测器测量的激光的输出功率的测量非常相似的劣化行为。应注意的是，在图4中，内部光电二极管电流绘制在右轴上，利用外部检测器测量的光电二极管电流绘制在左轴上。然而，基于图4的示图，可以得出结论，内部光电二极管电流携带与利用外部光电二极管获得的光电二极管电流相同或几乎相同的关于vcsel的劣化和实际寿命状态的信息。

如上文参考图1和图2所述，激光器装置10的电路34或激光器装置50的电路74可以被配置为能够测量光电二极管20或60的光电二极管电流。在下文中，将描述光电二极管电流的这些测量值可以用于计算作为激光二极管的实际或真实激光器阈值电流的量度的虚拟的激光器阈值电流或“替代的”激光器阈值电流。替代的激光器阈值电流可以用作激光二极管的质量状态的指示。替代的激光器阈值电流可以可靠地用于检测激光二极管的故障或劣化。

图5示出了具有第一曲线120和第二曲线122的示图，所述第一曲线示出了光电二极管电流随激光二极管驱动电流的变化的一个示例，所述第二曲线示出了激光二极管的输出功率随激光二极管驱动电流的变化。光电二极管电流曲线或信号在实际的激光器阈值电流ltc处表现出非常接近的扭折117。扭折117可以有利地用于确定上面提到的替代的激光器阈值。有利地，替代的激光器阈值电流可以被确定为在光电二极管电流随激光二极管驱动电流变化而出现扭折117时的激光二极管驱动电流。

在下文中，将描述根据光电二极管电流信号随激光二极管驱动电流的变化来确定替代的激光器阈值的方法。

确定扭折并因此确定替代的激光器阈值电流的第一种方法，例如通过图1或图2中的电路34或74针对激光二极管处于非激光操作下、即在激光器阈值电流之下的至少两个不同的激光二极管驱动电流来测量光电二极管电流，并根据测量的光电二极管电流计算线性斜率。例如，可以针对0.1ma和0.3ma的两个激光二极管驱动电流测量光电二极管电流。这些驱动电流远低于实际激光器阈值电流，其在图5的示例中为约0.5ma。根据这两个测量值，电路34或74可以计算出图6中所示的线性斜率126。可以理解的是，可以针对多于两个不同的激光二极管驱动电流测量光电二极管电流，这可能是有利的，因为可以更精确地计算线性斜率。两个测量点的优点是减少了用于计算线性斜率126的计算工作量。

电路34或74可以被配置为能够针对激光二极管处于激光操作、即在激光器阈值电流之上的至少两个不同的激光二极管驱动电流测量光电二极管电流，并且根据这些测量的光电二极管电流计算线性斜率。例如，电路可以在远高于图5中的实际激光器阈值的1.3ma和1.5ma处测量光电二极管电流。电路从这些测量中确定如图6中所示的线性斜率128。电路可以将线性斜率126和128相交处的激光二极管驱动电流确定或者计算为替代的激光器阈值电流。图6中用ith2表示的交点表示光电二极管电流信号中的扭折117。

因此，通过在四个不同的激光二极管驱动电流下对光电二极管电流进行少量的四次测量，在本实施例中通过从测量值计算两个线性斜率并确定或计算它们的交点，可以确定或计算替代的激光器阈值电流ith2。替代的激光器阈值ith2可以用作实际或真实的激光器阈值电流的可靠量度。

下面将描述用于确定替代的激光器阈值ith2的替代方法。

图1和图2中的电路34或74可以使用迭代算法来找到光电二极管电流信号中的扭折117。这可以通过如下方式来执行：首先测量针对两个激光二极管驱动电流处的光电二极管电流，以确定在激光器阈值电流之下的光电二极管电流的如图6中所示的线性斜率126。然后，从在以上示例中0.3ma处的光电二极管电流的(第二)测量开始，电路可以递增地增大激光器驱动电流并且针对递增地增大的激光二极管驱动电流测量光电二极管电流。例如，在线性斜率126已经通过在例如0.1ma和例如0.3ma处的测量而确定之后，激光二极管驱动电流可以设置为例如0.4ma。然后，在0.4ma的激光二极管驱动电流下测量光电二极管电流。然后，电路确定在0.4ma的激光二极管驱动电流下测量的光电二极管电流是否与线性斜率126偏离预定量、即与线性斜率126给出的线性预测偏离所述预定量。如果针对激光二极管驱动电流0.4ma的光电二极管电流超过线性斜率126所述预定量，则0.4ma的激光驱动电流被指定为替代的激光器阈值电流ith2，并且迭代算法到此结束。如果确定在0.4ma的激光二极管驱动电流下测量的光电二极管电流处于线性斜率126上或仅偏离小于所述预定量的量，则电路递增地增大激光二极管驱动电流、例如增大到0.5ma，测量相关的光电二极管电流并确定测量的光电二极管电流是否与线性斜率126偏离所述预定量等。需要注意的是，激光二极管驱动电流的递增增大可不同于0.1ma。

另一种利用确定两个线性斜率、例如线性斜率126、128的可能方式是：比测量光电二极管电流来计算在激光器阈值电流之下的线性斜率126更频繁地测量光电二极管电流来计算在激光器阈值电流之上的线性斜率128。原因可在于，在激光器阈值电流之下的线性斜率变化不大，不需要反复测量。这种确定ith2的方式简化了两个线性斜率126、128的交点的计算。

确定线性斜率128的另一种方式可以基于激光器驱动电流中的已知调制信号，以在激光器装置10或50的传感器模式期间测量在激光器阈值电流之上的线性斜率128，而不是使用在激光器阈值电流之上的两个测量点、例如1.3ma和1.5ma处的测量点。

在另外的实施例中，电路34或74可以被配置为能够确定第二线性斜率128的梯度与第一线性斜率126的梯度之比。可以使用线性斜率126、128的梯度的这个比检测激光二极管的故障或劣化，如果该比等于或低于阈值，则暗示光电二极管电流曲线中没有或几乎没有扭折。阈值可以是＞1的数，例如1.5，优选地＞2、例如2.5。如果在激光器阈值电流之上的线性斜率128不满足线性斜率128的梯度的最小期望，则激光二极管12或52可能发生故障。因此，仅计算线性斜率的梯度而不计算线性斜率126的梯度并且仅从在激光器阈值电流之上的线性斜率128的梯度检测故障或劣化也是足够的。

所确定的替代的激光器阈值电流或虚拟的激光器阈值电流本身可以用作激光二极管故障或劣化的指示。例如，如果替代的激光器阈值电流或虚拟的激光器阈值电流超过预定限制，则可以检测到激光二极管的故障或劣化。

在上述任何方法中，替代的激光器阈值电流ith2是实际或真实的激光器阈值电流的可靠量度，因此可以给出有关激光二极管的质量状态的足够信息，而无需测量通过激光二极管发射的实际输出功率。图7示出了根据本发明的原理确定的替代的激光器阈值电流或虚拟激光器阈值电流(y轴)与通过对于大量探测的激光二极管的常规输出功率测量而测量的真实或实际的激光器阈值电流(x轴)之间的相关性。可以看出，确定的替代的激光器阈值电流与真实或实际的激光器阈值电流之间存在良好的匹配。

可以在激光器装置10或50的操作期间或在制造激光器装置10或50的激光二极管12或52之后的第一次使用之前确定替代的激光器阈值电流。

参考图8和图9，将描述利用如上所述的本发明的原理的激光器装置150的另一实施例。

激光器装置150包括两个激光二极管152、154，每个激光二极管被配置为vcsel。每个vcsel具有参照图1和图2描述的台面结构。激光装置150也可以表示为具有两个台面的激光器装置。vcsel152、154布置在公共芯片上。激光器装置150还包括单个光电二极管156，其电接触体158仅在图8中可见。根据图1的实施例(集成到激光二极管中的谐振器腔外)或根据图2(集成到激光二极管152、154中的谐振器腔内)，单个光电二极管156可以集成到两个激光二极管152、154中。光电二极管分别从两个激光二极管152、154接收辐射。

图9示出了两个激光二极管152、154与光电二极管156之间电连接的连接方案。还提供电路159，电路159被配置为能够控制激光二极管152、154和光电二极管156，并且针对激光二极管152、154中的多个激光二极管驱动电流测量光电二极管156中的光电二极管电流。vpd表示光电二极管阴极160与接触体162之间的光电二极管电压，接触体162与激光二极管152、154的阴极和另外的正向偏置二极管157的阴极处于相同的电位，所述正向偏置二极管用于接触激光二极管156的阳极层。ipd表示可通过电路159根据通过激光二极管152、154发射并被光电二极管156接收的辐射来测量的光电二极管电流。应理解的是，多于两个激光二极管可以集成在激光器装置150中，而在这种情况下仅一个光电二极管也是足够的。

电路159被配置为能够通过使用一个光电二极管156的测量的光电二极管电流，交替地确定激光二极管152、154中的每个的替代的激光器阈值电流。

根据本发明的原理，电路159可以被配置为能够例如时常、例如以一秒或两秒以上的间隔确定激光二极管152、154中的每个的替代的激光器阈值电流。

因此，可以利用一个光电二极管156，通过确定激光二极管152和154中的每个的替代的激光器阈值电流，来检测两个激光二极管152、154的质量状态。根据两个激光二极管152、154的质量状态，针对激光二极管152确定的替代的激光器阈值电流可以不同于针对激光二极管154确定的替代的激光器阈值，或者可以与其相等。电路159可以使用计算的激光二极管152、154二者的替代的激光器阈值电流ith2，通过比较两个替代的激光器阈值电流，来确定激光二极管152和154中的哪个比另一个性能更好，并且选择性能更好的激光二极管用于选择的感测应用、例如粒子感测。如上面已经描述的，当确定替代的激光器阈值电流时，检查是否已经确定了有效的替代的激光器阈值电流是有利的，例如，通过确定在激光器阈值之上和之下光电二极管电流的两个线性斜率梯度之间之比，和/或通过确定ith2是否低于预定限值。例如，如果激光二极管152、154均给出有效的替代的激光器阈值电流ith2，则具有较低ith2值的激光二极管被认为处于良好状态并且应该被使用。另一激光二极管不应被使用。如果激光二极管152、154中仅一个显示出有效的“ith2”结果，则该激光二极管是良好的那个，将在应用中使用。

执行计算ith2的电路159可以在驱动和控制激光二极管芯片的asic中实施。

在一种监测激光二极管、例如激光二极管12；52；152、156的输出功率的方法中，设置光电二极管20；60；156，其被配置为能够接收通过激光二极管12；52；152、156发射的辐射。接收的辐射根据接收的辐射的输出功率在光电二极管中诱发光电二极管电流。针对多个激光二极管驱动电流测量光电二极管电流，并且根据测量的光电二极管驱动电流确定激光二极管的替代(虚拟)的激光器阈值电流作为激光二极管的实际激光器阈值电流的替代。

尽管本发明对于具有集成的光电二极管的激光二极管是有利的，但是本发明也可以用于具有在激光二极管外部的光电二极管的激光二极管，其中，激光二极管和光电二极管可以集成到共同的壳体中。

虽然已经在附图和前述描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的发明时可以理解和实现对所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，单数形式不排除复数。单个元件或其他单元可以实现权利要求中叙述的多个项的功能。仅在相互不同的从属权利要求中叙述特定措施并不表示这些措施的组合不能有利地使用。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。