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专注光谱传感和光电应用系统
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1.应用背景
随着VCSEL芯片技术的成熟，以其作为核心元件的3D Sensing走入应用，在活体检测、VR（虚拟现实）/AR（增强现实）/MR（混合现实）技术、人脸识别、虹膜识别、汽车自动驾驶、智能设备的3D感测、3D成像、物联网、数据中心/云计算、手势侦测以及机器人识别和机器人避险、自动驾驶辅助等应用领域得到发展。
2.原理
在存在的激光束形式中，最具典型意义的就是基模光束。基模在横截面上的光强分布为一圆斑，中心处的光强最强，边缘方向光强逐渐减弱，呈高斯型分布。因此将基模激光束称为“高斯光束”。理想的激光器发射TEM00基模高斯光束。
用四种不同的标准出发定义光斑直径来完成对光束远场发散角特性的测量：
① 半高宽(FWHM)：以最高光强点为中心，在强度降低至50%的两个点间作为光束直径；
② 1/e：是光斑强度最高值1/e（0.367）处的光束宽度作为光束直径；
③ 1/e2：是光斑强度最高值1/e2（0.135）处的光束宽度作为光束直径；
④ 4σ ：采用二阶矩法定义，ISO11146标准中推荐用于任意光束，包括高阶模光束。
• 光源发散角（全角）：2θ
• 光斑直径：2R
• 光源距匀化膜位置：L
• tanθ=R/L → θ
3.实验
3.1实验目的
测量1310nm波长的发光芯片的发散角。
3.2实验仪器列表
仪器/设备名称 | 型号&序列号 | 配置明细 |
远场测试系统 | LS-VCS-FF | 光谱范围1000-1700nm |
样品芯片 | TO56 | 1310nm、3组 |
3.3实验内容
TO46样品
远场设备测量示意图：
原理示意图：
3.4实验结果
第一组样品：
距离：17.5mm | ||||||
第一次 | 第二次 | 第三次 | 第四次 | 第五次 | 平均值 | |
横向直径 | 8.76mm | 8.76mm | 8.91mm | 8.76mm | 8.91mm | 8.82mm |
横向发散角 | 28.10° | 28.10° | 28.55° | 28.55° | 28.55° | 28.37° |
纵向直径 | 9.50mm | 9.50mm | 9.50mm | 9.50mm | 9.50mm | 9.50mm |
纵向发散角 | 30.37° | 30.37° | 30.37° | 30.37° | 30.37° | 30.37° |
第一组测试图片：
第二组样品：
距离：17.5mm | ||||||
第一次 | 第二次 | 第三次 | 第四次 | 第五次 | 平均值 | |
横向直径 | 9.05mm | 9.05mm | 8.91mm | 8.91mm | 8.76mm | 8.94mm |
横向发散角 | 29.01° | 29.01° | 28.55° | 28.55° | 28.10° | 28.64° |
纵向直径 | 11.13mm | 11.13mm | 10.98mm | 10.98mm | 10.98mm | 11.04mm |
纵向发散角 | 35.29° | 35.29° | 34.85° | 34.85° | 34.85° | 35.026° |
第二组测试图片：
第三组样品：
距离：17.5mm | ||||||
第一次 | 第二次 | 第三次 | 第四次 | 第五次 | 平均值 | |
横向直径 | 8.76mm | 8.76mm | 8.61mm | 8.76mm | 8.76mm | 8.73mm |
横向发散角 | 28.10° | 28.10° | 27.64° | 28.10° | 28.10° | 28.008° |
纵向直径 | 10.54mm | 10.54mm | 10.69mm | 10.69mm | 10.69mm | 10.63mm |
纵向发散角 | 33.52° | 33.52° | 33.96° | 33.96° | 33.96° | 33.784° |
第三组测试图片：
4.结论
1、第一颗样品芯片的横向发散角为28.37°，纵向发散角为30.37°；第二颗样品芯片的横向发散角为28.644°，纵向发散角为35.026°；第三颗样品芯片的横向发散角为28.008°，纵向发散角为33.784°。
2、利用LS-VCS-FF远场测试系统可以很清楚的看到发光芯片的实际光斑信息，包括一定距离下的大小，轮廓和发光的发散角。
