Żywotność lasera półprzewodnikowego jest parametrem krytycznym. W różnych zastosowaniach należy zapewnić wystarczająco długą żywotność, szczególnie w podmorskiej optycznej komunikacji kablowej i komunikacji satelitarnej, gdzie żywotność musi sięgać 20-30 lat. Ogólna żywotność laserów waha się od kilku tysięcy do setek tysięcy godzin. Konkretna żywotność zależy od rodzaju lasera i tego, jak dobrze jest on konserwowany. Na przykład teoretyczna żywotność lasera światłowodowego może sięgać ponad 100000 godzin, podczas gdy teoretyczna żywotność lasera CO2 wynosi 12,000 godzin.
Metody badania niezawodności laserów obejmują głównie metodę pomiaru bezpośredniego, metodę badania przyspieszonego starzenia i metodę przewidywania opartą na modelu.
Metoda pomiaru bezpośredniego polega na ciągłym działaniu lasera przez długi czas i rejestrowaniu zmian kluczowych parametrów, takich jak moc wyjściowa i długość fali, do czasu, gdy laser nie będzie już w stanie stabilnie emitować lasera. Chociaż ta metoda jest bezpośrednia, zajmuje dużo czasu i mogą na nią wpływać różne czynniki, takie jak środowisko testowe i instrumenty testowe.
Konkretne etapy metody pomiaru bezpośredniego są następujące:
1
Uruchom laser nieprzerwanie przez długi czas i rejestruj zmiany kluczowych parametrów, takich jak moc wyjściowa i długość fali.
2
Obserwuj zmiany w wydajności lasera w miarę upływu czasu, aż do momentu, gdy laser nie będzie już mógł stabilnie emitować sygnału.
3
Oceń żywotność i niezawodność lasera, analizując zarejestrowane dane
Jeśli żywotność zostanie przetestowana bezpośrednio w warunkach pracy, będzie to bardzo czasochłonne i będzie wymagało dużej ilości czasu. Dlatego musi istnieć zestaw naukowych metod badania urządzeń i przewidywania życia, aby zapewnić użytkownikom wiarygodne gwarancje.
Istnieje kilka sposobów niepowodzenia LD:
1
Początkowa porażka
Jest to zwykle spowodowane szybką degradacją wzrostu DLD i DSD w laserze we wczesnym stadium. Odzwierciedla głównie problemy z jakością w procesie produkcyjnym. Próbki z początkowym uszkodzeniem są bardziej wrażliwe na przyspieszone starzenie termiczne i mają niską energię aktywacji termicznej.
2
Przypadkowa awaria
Jest to spowodowane czynnikami zewnętrznymi takimi jak wyładowania elektrostatyczne, chwilowe duże wahania prądu, wibracje mechaniczne itp. Urządzenia tego typu nie wykazują żadnych oznak przed awarią.
3
Powolna porażka
Jego cechą charakterystyczną jest to, że charakterystyczne parametry lasera zmieniają się powoli w czasie. Ta awaria jest skazana na nadejście i oznacza koniec żywotności urządzenia.
Naszym zadaniem jest maksymalne wyeliminowanie awarii początkowych i maksymalne zapobieganie awariom przypadkowym. Opracuj metodę pozwalającą określić powolne awarie w krótszym czasie, czyli test przyspieszonego starzenia.
Tak zwane przyspieszone starzenie ma na celu przyspieszenie degradacji urządzenia w trudniejszych warunkach lub warunkach przeciążenia. Następnie wiarygodne dane uzyskane w tych trudnych warunkach ekstrapoluje się w celu uzyskania wartości okresu użytkowania w normalnych warunkach.
Niezależnie od tego, czy test przyspieszonego starzenia zakończy się sukcesem, czy dane są naukowe i czy można je odwoływać, kluczem jest określenie warunków stosowanych do starzenia.
Wiemy, że niezawodność pracy półprzewodnika LD jest ściśle powiązana z jego parametrami pracy i zewnętrznymi warunkami pracy. Wraz ze wzrostem temperatury złącza ciągła żywotność maleje, prąd roboczy wzrasta, a laser łatwo ulega degradacji. Moc promieniowania podczas pracy wzrasta, co również przyspiesza proces degradacji. Dlatego też parametry te można dobrać jako warunki badania starzenia lub parametry umożliwiające badanie ich zmian.
W badaniach przesiewowych i testach żywotności LD często wykorzystuje się metody przyspieszonego starzenia w wysokiej temperaturze. Mechanizm przyspieszonego starzenia w wysokiej temperaturze powinien być taki sam, jak mechanizm degradacji w normalnej temperaturze roboczej. Tylko w ten sposób ekstrapolowana oczekiwana trwałość może być wiarygodna.
Zależność prądu roboczego od czasu pracy lasera InGaAsP po przyspieszonym starzeniu w temperaturze 60 stopni Celsjusza
Warunki starzenia w tym czasie to: utrzymywanie temperatury otoczenia urządzenia na poziomie 60 stopni, jednostronna wyjściowa moc optyczna na poziomie 5 mW i obserwacja zmiany prądu roboczego wraz z czasem starzenia. Z rysunku widać, że w ciągu pierwszych 500 do 1000 godzin prąd gwałtownie wzrasta, następnie pojawia się punkt przegięcia, a następnie ma tendencję do nasycenia.
Na podstawie tych wyników urządzenie można sprawdzić.
W trybie pojedynczej powolnej degradacji urządzenia zależność między żywotnością t lasera półprzewodnikowego a temperaturą T jest zgodna z wykładniczą zależnością Arrheniusa
Ea to energia aktywacji, a Kb to stała Boltzmanna. Ea mierzy się poprzez próbkowanie szybkości degradacji. Zależność pomiędzy szybkością degradacji Rt a temperaturą jest również zgodna z zależnością Arrheniusa
Ogólnie rzecz biorąc, energię aktywacji Ea próbki można uzyskać utrzymując stałą wyjściową moc optyczną i badając szybkość degradacji w różnych temperaturach starzenia.
dI/dt odpowiada wartości szybkości degradacji po punkcie przegięcia I(t) na powyższym rysunku. Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku laserów GaAlAs/GaAs średnia wartość Ea wynosi około {{0}},7eV; dla laserów InGaAsP/InP średnia wartość Ea wynosi około 1,0eV. Żywotność wynosi około 10E5 ~ 10E6 godzin.
Ponadto średni czas starzenia jest również ważnym parametrem pomiaru niezawodności półprzewodników LD. Średni czas starzenia w normalnej temperaturze roboczej uzyskuje się także poprzez badanie średniego czasu starzenia i energii aktywacji w warunkach starzenia w wysokiej temperaturze, a następnie oblicza go metodą Arrheniusa. Określenie średniego czasu starzenia w warunkach starzenia w wysokiej temperaturze opiera się na utrzymaniu stałej mocy wyjściowej jednostronnej i zwiększeniu prądu o 50% jako standard starzenia.
Metoda przewidywania oparta na modelach przewiduje żywotność lasera poprzez ustalenie modelu matematycznego lasera i połączenie jego zasady działania, właściwości materiału, środowiska pracy i innych czynników. Metoda ta wymaga dużej wiedzy fachowej i mocy obliczeniowej, ale pozwala na dokładne przewidywanie żywotności lasera.
Nasz adres
B-1507 Ruiding Mansion, No.200 Zhenhua Rd, Xihu District, 310030 Hangzhou, Zhejiang, Chiny
Numer telefonu
0086 181 5840 0345
info@brandnew-china.com
