应用指引：BRM-6301精确测量发散角，完整表征LD性能

应用指引：精确测量发散角，完整表征LD性能：BRM-6301一体化测试解决方案——从裸片到封装，从发散角到多维特性，助力光电器件研发与生产

前言

在光通讯、激光雷达、工业加工、医疗美容等众多领域，激光二极管（LD）作为关键发光器件，其性能直接决定了整个系统的表现。而发散角——这一衡量光束“指向性”的关键参数，往往是影响系统耦合效率、准直设计、光束质量的关键指标。

然而，如图1所示，激光器件的形态多种多样：从脆弱的裸片（Bare Die），到安装在热沉上的COS（Chip on Submount），再到带有透镜的TO封装器件关键部位不同形态的器件，对测试系统提出了不同的要求。传统的光斑分析仪只能测量远场发散角较小的LD，对于大发散角器件则无能为力。

图1：发光器件的形态

博源光电BRM-6301发散角测试仪，正是为解决这一痛点而生的全自动测试平台，配合博源光电OPTIED软件平台及完整的驱动、温控、光谱、光功率、夹具等产品体系，为客户提供从器件到系统的一体化光电测试解决方案。

本文将从业界面临的真实痛点出发，展开说明我们的解决方案，以及发散角数据对后续应用的意义所在。

一、光电芯片与器件领域的真实痛点

在激光器件的研发、中试、量产及可靠性验证的全生命周期中，工程师们常常面临以下几类痛点：

痛点一：不同类型器件测试难统一

关于阵列器件的说明：BRM-6301发散角测试仪目前不支持阵列式发光器件（如VCSEL阵列、Micro-LED阵列、激光器Bar条等）的批量测试。针对单颗芯片的精细角度特性研究，可通过配合高精度探针台和显微成像系统进行单点测试。

从发光方式和封装方式两个维度，BRM-6301可覆盖以下器件类型：

客户价值：无论您测试的是边发射还是面发射，是裸片还是TO封装，BRM-6301配合BRM-67xx系列温控安装座，都能实现即插即用、快速切换的测试体验。

痛点二：大发散角器件无法测量

传统的光斑分析仪基于CCD或CMOS成像原理，受限于感光面尺寸和光学系统，通常只能测量远场发散角较小的LD。对于大发散角激光二极管（如某些边发射激光器），传统方法往往无能为力；图2为传统相机式的测量方案。

图2：传统的光斑分析仪原理

痛点三：测试不完整，数据孤岛

许多实验室测量发散角是一套系统，测量P-I-V曲线（功率-电流-电压）、阈值电流、光电转换效率（WPE）又是另一套系统。数据无法关联分析，科研人员难以从整体视角理解温度、驱动电流对发散角的影响规律。

痛点四：温度控制缺失，测试重复性差

激光二极管的性能高度依赖温度——波长漂移系数为0.03-0.1 nm/°C，发散角同样随温度变化。没有精确温控的测试，数据缺乏可比性。

痛点五：Micro-LED等新型器件的测试挑战

随着显示技术的快速发展，Micro-LED作为新一代显示技术备受关注。然而，Micro-LED因其微型化特性，给测试带来了新的挑战：

Micro-LED角发射分布的特殊性：研究表明，随着Micro-LED芯片尺寸的减小，其角发射分布呈现明显的双峰现象，且双峰现象在蓝光、绿光Micro-LED芯片中比相同尺寸的红光Micro-LED芯片更加明显。此外，红光芯片本身发光角度比蓝绿光芯片小，加上封装材料后蓝绿光出光视角进一步放大，导致色温偏差。这些特性使得发散角测试成为Micro-LED器件评估的刚需。

测试方式说明：针对单颗Micro-LED芯片，BRM-6301可配合高精度探针台和显微成像系统进行精细角度特性研究。

二、博源光电一体化光电综合测试解决方案

2.1 关键产品：BRM-6301 全自动发散角测试仪

BRM-6301是一款专为大发散角激光二极管设计的全自动发散角测试仪，其测量方案如图3所示，这个方案可解决传统光斑分析仪无法测量大发散角LD的痛点。

图3：BRM-6301发散角测试仪的测量方案

关键规格：

关键能力：

● 大发散角测量：专门针对大发散角LD设计，不受发散角大小限制

● 多形态适配：配置灵活，可根据待测LD的波长、功率、封装形式选择探测器和安装座类型

● 多格式输出：支持极坐标和直角坐标角度分布图，支持半强度角数据输出

● 一键报告输出：将测量数据按测试报告格式自动生成，便于归档与客户交付

● LED兼容：同时也适用于LED的角度分布测量

2.2 完整测试生态：驱动、温控、夹具一体化

如图4所示，BRM-6301并非孤立的测试仪，而是博源光电完整光电测试生态的关键组件之一：

图4：LED/LD光学特性完整测试生态

2.3 针对不同发光器件的夹具适配方案

图5：裸片BareDie测试实例

2.4 OPTIED软件平台：数据打通的“***系统”

博源光电的OPTIED软件平台已经将BRM-6301发散角测试仪、BRM-610X驱动控制器、BRM-620X温控控制器、BIM-60/66系列光谱仪、BIM-740x/710x系列光功率计等所有设备的数据完全打通，图6是OPTIED软件平台一个典型界面。

图6：OPTIED软件平台界面

科研人员可以轻松获得：

■ 特定温度下的发散角分布（极坐标/直角坐标）

■ 特定驱动电流下的发散角变化趋势

■ 不同温度下的P-I-V曲线对比

■ 发散角与阈值电流、WPE的关联分析

■ 光谱-温度关系曲线：使用BIM-60/66系列光谱仪，分析波长漂移系数，评估器件热稳定性

■ 光功率-温度关系曲线：使用BIM-740x/710x系列光功率计，评估温度对输出功率的影响，优化热管理设计

■ 多参数综合报表一键导出

这意味着：研究人员不再需要在不同软件之间手动导出/导入数据，可以从研究角度直接探索“温度如何影响发散角”、“驱动电流如何影响光束质量”、“光谱随温度如何漂移”等关键科学问题。

三、发散角数据对后续应用的意义

3.1 光通讯领域——光纤耦合效率优化

在光通讯模块中，激光器发出的光需要高效耦合进入光纤。发散角直接决定了耦合透镜的设计参数和耦合效率。

典型客户：光模块公司、硅光芯片设计公司

3.2 激光雷达（LiDAR）——远场光束质量控制

无论车规级或工业级激光雷达，光束质量的控制都是一个必要考量项。发散角过大，会导致远场光斑扩散，降低光的传输效率，导致探测距离和分辨率降低，功耗增加。

典型客户：激光雷达公司、VCSEL芯片供应商

3.3 激光泵浦源——泵浦光耦合效率优化

半导体激光器（LD）常作为光纤激光器或固体激光器的泵浦源，其发散角直接影响泵浦光进入增益介质的耦合效率。

典型客户：光纤激光器厂商、固体激光器厂商

【技术背景】发散角对泵浦耦合效率的影响机制

1. 发散角是泵浦耦合效率的关键影响因素

半导体激光器作为泵浦源时，其输出光束的发散角直接影响与泵浦材料（光纤或激光晶体）的光学耦合效率。研究表明，多模石英光纤的数值孔径角一般小于40°，大于该角度的发散光束不能耦合进光纤。

典型数据：通过将LD垂直于结平面的发散角从30°压缩至3-5°后，与200μm芯径光纤的耦合效率可达90%以上。精确测量发散角是优化耦合光路设计、提高泵浦效率的前提。

2. 发散角对固体激光器泵浦的影响

在LD端面泵浦固体激光器中，泵浦光的发散角直接影响与振荡光的模式匹配程度。通过优化泵浦光发散角，可实现理想模式匹配，提高光-光转换效率。

3. 高功率工作时光束质量退化问题

宽条形半导体激光器在高功率工作时，废热引起的热透镜效应会导致慢轴远场发散角明显增大，造成光束质量严重退化，进而影响泵浦耦合效率。定期测试发散角可监控泵浦源状态，提前预警性能劣化。

4. 典型耦合效率数据

数据来源：《红外与激光工程》《中国激光》《强激光与粒子束》等学术期刊及中科院半导体所、中物院等研究机构公开文献

3.4 科研与器件开发——温度-发散角关系研究

在激光器芯片设计阶段，发散角是评价外延结构和波导设计的重要指标。配合BIM-60/66系列光谱仪和BIM-740x/710x系列光功率计，可以完整评估器件的温度特性。

典型客户：激光芯片设计公司、封装厂、高校光电实验室

3.5 Micro-LED显示——角度特性与色偏评估

在Micro-LED显示技术研发中，角度特性是影响显示质量的关键参数。

应用场景：

■ Micro-LED显示模组研发：评估不同尺寸RGB芯片的角发射分布匹配度

■ 巨量转移后检测：批量检测转移后芯片的发光均匀性

■ 封装工艺优化：评估不同厚度/材料封胶对出光角度的影响

典型客户：Micro-LED显示芯片研发机构、面板厂、AR/VR设备厂商

测试方式说明：针对单颗Micro-LED芯片，BRM-6301可配合高精度探针台和显微成像系统进行精细角度特性研究。

四、与传统方法的对比优势

五、典型测试流程示例

场景：测试COS器件在25°C和60°C下的发散角，并关联P-I-V曲线

科研价值：通过这前列程，研究人员可以直观回答“温度升高10°C，发散角增大了多少？”“高温下阈值电流漂移了多少？”等关键问题。

图7为一款COS芯片的实测例子。

图7：COS器件测试实例

六、用户价值总结

对芯片设计公司

■ 验证外延结构和波导设计的合理性

■ 评估不同批次芯片的一致性

■ 为下游客户提供可靠的发散角规格书数据

对封装厂

■ 快速筛选来料芯片

■ 评估封装工艺对发散角的影响

■ 为TO封装器件提供出厂测试报告

对光模块/系统集成商

■ 精确测量发散角，优化耦合光路设计

■ 评估不同供应商器件的性能差异

■ 建立来料检验标准

对科研实验室

■ 多参数关联分析（温度、电流、发散角、效率）

■ 一体化测试平台，提高实验效率

■ 支持自定义测试序列，满足探索性研究需求

对Micro-LED研发机构

■ 评估不同尺寸RGB芯片的角度匹配度

■ 研究封装工艺对出光角度的影响

■ 为色偏问题优化提供数据支撑

完备的LD/LED性能参数测试能力

商用化的LD或LED产品，均会通过规格书（Datasheet）来表征其关键性能指标。博源光电BRM-6301测试平台及配套生态，可以完整提供以下规格参数的测量与验证：

客户价值：博源光电BRM-6301测试平台不*是“发散角测试仪”，更是一个覆盖LD/LED全部关键性能参数的完整测试解决方案。从P-I-V曲线到光谱特性，从发散角到温度相关性——所有数据通过OPTIED软件平台统一采集、关联分析，并可一键输出符合行业规范的测试报告，直接用于产品规格书编制或来料检验。

结语

博源光电BRM-6301发散角测试仪，搭配OPTIED软件平台及完整的驱动、温控、夹具生态，不*是一台测量“光发散角”的仪器，更是一个集驱动、温控、多形态夹具、光谱分析、光功率测量、数据关联分析于一体的综合光电测试平台。

从裸片到封装，从单点LD到Micro-LED精细角度研究，从发散角到P-I-V曲线，从光谱-温度关系到光功率-温度关系——博源光电测试平台可完整提供商用LD/LED规格书中的所有关键性能参数，帮助您真正“看”清器件的全貌。

关于博源光电Brolight

博源光电（Brolight）是香港科艺仪器旗下品牌，成立于2012年，总部位于杭州，是一家专注于科学教育仪器与光电子仪器研发、制造及销售的国家高新技术企业，已通过ISO9001:2015质量体系认证。依托科艺仪器在光电子行业四十余年的深厚积累，博源光电致力于为科研与工业用户提供高质量的光电测试解决方案。