安泰高精度电压源在半导体激光器测试中的应用

半导体激光器是光纤通讯，激光显示，气体探测等领域中的核心部件，受到全世界科技人员的广泛关注。在半导体激光器的生产、研发过程中，对激光器的光电特性的测量尤为重要，是控制激光器制备工艺的稳定性，激光器性能可靠性的关键环节。

半导体激光器是半导体光电转换器件。如图1所示，半导体激光器由多层材料构成。自下而上包括背电极，衬底，下光限制层，下波导层，有源层，上波导层，上限制层，上电极。不同层由不同的外延材料组成。如此层状结构是为了达到（1）载流子（电子，空穴）的注入复合发光，（2）光子横向限制，形成光波导的目的。外延完成的层状结构要经过刻蚀工艺，形成脊波导，在脊波导上制备接触电极。

如此脊波导的目的：（1）限制电流侧向扩散，（2）形成光子的侧向波导。制备完的圆片经过解理，镀膜，烧焊，压焊引线等工艺得到待测量的激光器，如同2所示。当向激光器电极注入电流时，激光器PN结两侧的电子和空穴大量的涌入有源区，在有源区电子空穴对复合，产生大量的光子，光子在波导的作用下沿轴方向传播，在激光器端面，反射光形成激射条件，透射光则为激光器输出的激光。

激光器工作特性主要体现在（1）PN结特性，串联电阻，（2）激光器的激射阈值，激光器斜率效率。这些特性决定了激光器的出光功率 ，功率转换效率，工作寿命等性质。生产和科研过程中经常采用PIV测量方法获得这些重要参数。

ATS-2000V系列是一款高精度、高稳定性电压输出的电压源。zui大输出200V的电压，最小电压分辨率可达2μV，输出精度高，噪声低。操作面板液晶显示，简洁易懂，易于操作。系统结构简单、精度高、可靠性好、速度快，提高生产效率的同时也增加了测试精度和可靠性，降低了大量测试的成本。集成PIV系统由系统主要由ATS-2000V双通道精密源测量单元SMU、积分球、夹具及软件组成。ATS-2000V的一个通道 作为激光器的电流源同时测量激光器的电压V。LD的激射出光耦合入积分球，由积分球探测器转化成光电流进入 ATS-2000V高精度电压源的另一个通道，用ATS-2000V测得的光电流乘以积分球探测器功率电流转换系数就得到了激光器的出光功率。B2900A由USB端口与PIV测量软件连接，完成测量控制和数据采集。

集成PIV系统的可扩充性也是其在半导体激光器研发领域应用中的突出的优点。集成PIV系统的硬件部分，包括ATS-2000V精密测量单元，测量平台，由GPIB或USB等端口与计算机连接。因此，集成PIV系统硬件部分可以配合用户通过 National Instrument 等软件平台编写的测试软件程序，完成用户需要的，更为复杂的测量任务。

在半导体激光器的生产和研发过程中，要对半导体激光器芯片进行大量的PIV测试。相比传统的分立复杂的PIV测试系统，ATS-2000V精密测量单元集成的PIV测试系统具有系统结构简单，操作方便，精度高，可靠性强，测量迅速等优势，大大降低了激光器芯片PIV性能测量的操作成本，时间成本，同时增加了PIV测量的灵活性。ATS-2000V高精度电压源将会在半导体激光器生产和科研等领域得到广泛的应用。

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实验名称:

场致润湿性梯度驱使液滴在超润滑表面上实现无损运输

实验内容:

在平坦的超润滑表面上引入场致润湿性梯度。通过打印径向交指电极阵列，可以对电场进行图案化，从而产生润湿性梯度实现液滴的定向运输。理论分析和实验结果表明，液滴的运输行为可以通过无量纲化的电邦德常数评价，超润滑表面能够无损运输各种类型的液滴。

测试目的：

实验中提及的液滴运输能够在传热，抗污染，微流控和生化分析等方面得到应用发展。

测试设备:

电极基板、信号发生器DG1032、高压放大器ATA-2161、光学测角仪、光学显微镜、PTFE薄膜、高速摄影机。

实验平台：

实验过程:

（1）在带有图案的电极基板覆盖上一层超润滑薄膜制备好实验样品（附图1中的(a-c)）；

（2）将信号发生器和高压放大器中输出的电压信号源接到正负电极上（附图1中的(d)）；

（3）电极基板施加直流或交流电压后，电极的径向交指设计可以产生电场强度梯度，从而引起润湿性梯度，实现液滴运输。

测试结果:

实现液滴的定向运输；进行液滴定向运输的相关应用，如有机微液滴的收集(附图2a)，液滴运输过程中进行灰尘清洁(附图2b)，在油相环境中运输液滴(附图2c)。

高压放大器在该实验中发挥的效能:为实验提供频率和幅值可调节的电压信号。

安泰高压放大器ATA2161主要指标：

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实验名称：功率放大器ATA-4051在单信号激励的弯弯复合超声电机的正反向运动实验中的应用

研究方向：超声电机

测试目的：验证基于8字形振动轨迹的超声电机的工作原理的可行性

测试设备：函数信号发生器，ATA-4051功率放大器，激光位移传感器，激光转速计。

实验内容：用单路特殊激励信号（由频率比为1:2两个正弦波形叠加而成）驱动弯弯复合超声电机，测试其驱动足的运动轨迹和样机基本输出特性

实验过程:

（1）测试驱动足轨迹。用两个激光位移传感器分别对准驱动足的上表面和右表面，用函数信号放大器产生信号，经过功率放大器（ATA4051）放大后施加到超声电机上，打开传感器采集功能，完成振动轨迹采集。改变激励信号中两种信号的相位差，从0~360度范围内，每15度测试一次，共测24次。

实验装置

（2）测试输出特性。驱动足处放置一个小滑轮，侧面贴放光纸，拨动滑轮每转一周，观察转速计计数是否正常。之后用信号发生器和功放产生激励信号并施加到超声电机上，测试电机在不同波形（两种频率成分正弦的相位差）下的输出速度。

测试结果:

1. 驱动足处在波形相位差为165度和-15度时都可以获得8字型轨迹，轨迹的运动方向相反；

2. 所提出的基于8字型轨迹的超声电机，的正反向输出特性差异小于4%，推动直径为22mm转子运动时ZD输出速度为1373rpm；

3. 所提出的基于8字型轨迹的超声电机只需单向激励信号就能实现双向输出运动，压电元件无闲置，摩擦耦合效率高，在航空航天等高可靠性应用领域具有潜在应用价值。

轨迹运动测试结果

机械输出特性测试结果

本文实验素材由西安安泰整理发布，安泰功率放大器广泛应用于压电陶瓷驱动、超声波测试、声呐系统应用和MEMS测试等，可提供免费样机SY服务，如果想了解功率放大器更多应用，欢迎访问安泰测试网。

高频MEMS测试

近期，某实验室咨询高频MEMS测试，需要实现正弦波和方波驱动，信号带宽高达7MHz，驱动电平需要达到50Vp-p，需要具备扫频功能和DC+AC工作模式，目前市面上的标准信号发生器输出电压低，电压小于10Vp-p带负载能力弱，输出电流是mA级别，无法解决高压大功率驱动问题。

如何解决高频MEMS测试问题

通过和客户技术交流，了解到高频MEMS核心器件主要是一种压电控制器件，主要是利用其压电效应和逆压电效应能够实现机械能与电能的转换,可以通过将压电控制器件在高频电信号的激励下产生高频振动,激发出超声波,可以通过压电控制器件接收超声波转换成电信号,从而实现超声信号转换。

高频MEMS驱动方式一般为激振荡式驱动，利用方波（或脉冲）振荡器来激励发声。高频MEMS主要工作在1MHz以上的频率上，电压需要30Vp-p左右，要求大输出功率，市场上常规的信号发生器输出电压低，带负载能力弱，功率放大器和信号发生器都需要具有高性能和高品质的输出波形：一方面是良好的稳定性能，输出波形失真小，并且信号发生器还需要能产生多种波形信号；另一方面是良好的动态性能，调幅调频方便，负载适应性好，此外有些测试除了需要信号发生器提供输出电压外，还需要功率输出。

针对以上测试问题，提供信号发生器+功率放大器+泰克示波器的测试方案，并为他们提供了现场演示。

测试方案

客户做测试实验需要的是高电压信号，方波，频率在7MHz左右，电压在70Vp-p左右。信号发生器和放大器推荐的是泰克的AFG3000系列加功率放大器，信号发生器输出电压幅度只有5Vp-p，接上功率放大器，输出电压达到了50Vpp，功率大10W，频率范围是DC-20MHz，具备扫频功能和DC+AC工作模式，具备单端输出和差分输出信号，输出阻抗可调整，可驱动各种阻性、容性、感性负载，完全满足驱动测试需求，功放输出信号直接加载到高频MEMS器件上面，同时使用泰克示波器进行整个链路信号分析测试。

扩展应用

信号发生器+功率放大器+泰克示波器测试方案还可以应用在压电陶瓷驱动、传感器测试、超声波换能器驱动和无损检测、电磁阀和继电器驱动、MEMS控制驱动、无线充电测试等。

总结

高频MEMS驱动测试要求

· 高电压、高带宽功率信息驱动各种高频MEMS器件。

· 多种功率和激励波形选择，可跟进应用需求进行定制。

· 具备扫频功能，AC+DC差分信号输出模式等驱动要求。

· 多通道组合，可以开展不同的测试选择。

· 精密数控增益，以及良好的幅频及相频特性要求。

· 输入输出阻抗匹配可调，配合用户信号源及负载（阻性、容性、感性负载）。

系统配置参考

西安安泰测试为西安本地客户提供免费样机支持及上门演示服务，为全国客户提供功率放大器样机SY服务，如需了解更多应用，欢迎咨询安泰测试网。

最近有个客户在生产车间，发现设备继电器老是跳闸，怀疑是供电端不纯净的问题，需要对供电端进行电压测试，在设备开合之间和工作中的电压情况进行观测。整个测试需要工频设备中电压的运行情况，看电网中电压是否有较大的畸变。客户咨询安泰测试，希望能在有限的预算之内能达到测试目的。

UPS电源介绍：

UPS即不间断电源(Uninterruptible Power Supply)，是一种含有储能装置的不间断电源。主要用于给部分对电源稳定性要求较高的设备，提供不间断的电源。

当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流式电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时，UPS立即将电池的直流电能，通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。

车间设备用UPS电源

方案配置：

针对客户实际情况给安泰测试客户配置了入门级泰克示波器TBS1102C+高压差分探头P5200A的方案。客户主要对UPS供电电源开启和关闭进行测试，特别是在关闭的时候，对电压的捕获对测试至关重要，同时测试现场的环境对探头要求有一定的抗干扰能力。因为本身电流信号频率不高，100M带宽足够，考虑到本身主机TBS1000C系列产品的接口问题，配置的P5200A探头能够直接连接使用，整个测试能够有效测试出UPS开启前后的电压变化。

通过测试发现，入门级泰克示波器TBS1000C系列和P5200A探头也能看到比较好的效果：

没有用UPS电源时的电压

UPS电源开启后电压

测试发现，在UPS电源测试前，供网电压还是有点畸变，UPS电源开启整流后的电压还是比较理想的。

总结：

配置要求:针对电流实际特性，信号频率不是很，选配100M带宽足够，因为示波器的特性，高压探头选择就比较少，而且在测试环境中，选用差分探头比较理想，故选择BNC接口的P5200A。

系统配置参考：

泰克示波器TBS1102C是入门款示波器，实惠的价格和优异的性能受到很多中小企业和教育的青睐，如需了解泰克示波器更多应用欢迎访问安泰测试网www.agitek.com.cn。

如果一个新产品在电磁干扰（EMI）预兼容测试或者标准兼容测试中失败，进行故障诊断和改进是当务之急。西安普科科技PRBTEK在经过多方面选择过程中，了解到知用有一套完整的测试方案，知用接收机和知用近场探头就可以查找干扰源，完成辐射干扰源定位测试。

一、推荐设备：

知用接收机EM5080B+知用近场探头EM5030 系列

近场探头产品图

接收机产品图二、辐射干扰源定位测试示意图：

三、知用近场探头规格：

EM5030/EM5030LF 系列探头组包含了 7 个专门用来测试磁场（H）探头，它有效地屏蔽了电场干扰（E），主要用于电磁兼容整改时定位干扰源的近场探头。 EM5030 的频率范围是 30MHz-3GHz，共4 种探头形状； EM5030LF 的频率范围是 9kHz-50MHz，共 3 种探头形状。EM5030E 系列探头组包含了 2 个专门用来测试电场(E)的探头，覆盖频率范围为 30MHz 到 3GHz，主要应用于查找电场干扰源，除了探头其他部分均为屏蔽设计。

ATA-1372A宽带放大器简介

ATA-1372A是一款可放大交直流信号的单通道宽带放大器。其最大输出电压70Vp-p(±35Vp)，最大输出电流2Ap（>50Hz）。电压增益数控可调，一键保存设置，提供了方便简洁的操作选择，可与主流的信号发生器配套使用，实现信号的放大。

输入Input

输入为BNC接口，输入电阻50Ω、10kΩ两档可选，匹配高低内阻信号源。

输出Output

输出为BNC接口，最大输出电压70Vp-p(±35Vp)，输出电流2Ap。

液晶面板显示

ATA-1372A采用液晶面板显示，设备状态及参数动态显示，操作界面一目了然，简洁易懂。

电压增益

电压增益数控0~40倍可调，具体分为粗调（1step）和细调（0.1step）两种。结合液晶面板增益的显示，能够快速调整至需要的电压值。

ATA-1372A宽带放大器监测口M.out

输出电压监测端口（100mV/V）：监测口为BNC接口，可以直接连接到示波器进行输出电压的实时监测。

输出电流监测端口（1V/A）：监测口为BNC接口，可以直接连接到示波器进行输出电流的实时监测。

ATA-1372A宽带放大器主要指标：

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ATA-2021B高压放大器简介

ATA-2021B是一款可放大交直流信号的单通道高压放大器。最大输出200Vp-p电压，输出电压范围可根据输出轨调节；直流偏置电压三档可调，连续变化最大可输出±160V，可以实现输出非对称信号需求，驱动高压型负载。输入输出电阻两档切换，电压增益数控可调，设置参数自动保存，具有程控功能，操作简洁方便，可与信号发生器配套使用，实现信号的放大。宽范围供电电源，可兼容不同地区的电源标准要求。

电压增益

0~60倍数控可调，具体分为粗调（1step）和细调（0.1step）两种。结合液晶面板增益的显示，能够快速、准确调整至需要的电压值。

液晶显示

ATA-2021B采用液晶显示屏，设备状态及参数动态显示，不同色彩的提示使人机交互更高效，操作界面一目了然，简洁易懂。

监测口 Monitor

20mV/AMonitor：监测口电压为输出端口电压的1/50，监测口为BNC接头，可直连示波器进行输出电压的实时监测。

2V/AMonitor：监测口电压为输出端口电流的2倍，监测口为BNC接头，可直连示波器进行输出电流的实时监测。

输出 Output

输出为香蕉插座，最大输出电压200Vp-p，最大输出电流500mAp。

输出电压轨三档可调

技术参数：

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简介

ATG-2021H是一款理想的可输出正弦波、方波、三角波、脉冲波的单通道功率信号源。客户可根据使用情况选择信号内置、或外置输入。最大输出200Vp-p (±100V)电压，可以驱动高压型负载。电压增益数控可调，一键保存常用设置，为您提供了方便简洁的操作选择。

输入Input

外置信号输入端为BNC接口。当信号内置输入，此时为功率信号源模式，设置波形，频率，电压等参数即可；当信号外置接入，此时为放大器模式，输入电阻为5kΩ，输出电阻可切换，调节电压增益即可实现信号放大。

输出 Output

输出接口为香蕉插座，输出电压0~200Vp-p(±100V)，最大输出电流（峰值）500mA。

液晶面板显示

操作面板液晶显示，设备状态及参数动态显示，交互界面一目了然，简洁易懂。

电压增益

外置输入信号时为放大器工作模式，此时电压增益是数控0~60倍（1step）可调。结合液晶面板增益的显示，能够快速调整至需要的电压值。

监测口Monitor

1/100 Monitor：此端口电压为输出端口的1/100，监测口为BNC接头，可以直接连接到示波器进行输出电压的实时监测。

ATG-2021H功率信号源产品规格参数：

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ATA-2048高压放大器简介 Introduction

ATA-2048是一款可放大交直流信号的单通道高压放大器。最大带宽1MHz，最大输出400Vp-p电压，输入输出电阻两档切换，电压增益数控可调，设置参数自动保存，还具有程控功能，操作简洁方便，可与信号发生器配套使用，实现信号的放大。

输入 Input

输入为BNC接口，输入电阻50Ω、10kΩ两档可选，匹配高低内阻信号源。

输出 Output

输出为香蕉插座，最大输出电压400Vp-p(±200Vp)，最大输出电流80mAp。

液晶显示

操作面板液晶显示，设备状态及参数动态显示，交互界面一目了然，简洁易懂。

电压增益

ATA-2048高压放大器电压增益数控0~60倍可调，具体分为粗调（1step）和细调（0.1step）两种。结合液晶面板增益的显示，能够快速调整至需要的电压值。

监测口 Monitor

10mV/V Monitor：此端口电压为输出端口的1/100，监测口为BNC接头，可以直接连接到示波器进行输出电压的实时监测。

10V/A Monitor：监测口电压为输出端口电流的10倍，监测口为BNC接头，可直连示波器进行输出电流的实时监测。

技术参数：

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