Levetiden for en halvlederlaser er en kritisk parameter. I forskellige applikationer skal der sikres en tilstrækkelig lang levetid, især inden for undersøisk optisk kabelkommunikation og satellitkommunikation, hvor levetiden skal nå op på 20-30 år. Den generelle levetid for lasere varierer fra nogle få tusinde timer til hundredtusindvis af timer. Den specifikke levetid afhænger af typen af laser og hvor godt den vedligeholdes. For eksempel kan den teoretiske levetid for en fiberlaser nå over 100,000 timer, mens den teoretiske levetid for en CO2-laser er 12,000 timer.
Plidelighedstestmetoderne for lasere omfatter hovedsageligt direkte målemetode, accelereret ældningstestmetode og modelbaseret forudsigelsesmetode.
Den direkte målemetode er at køre laseren kontinuerligt i lang tid og registrere ændringerne i nøgleparametre såsom udgangseffekt og bølgelængde, indtil laseren ikke længere kan udsende laser stabilt. Selvom denne metode er direkte, tager den lang tid og kan blive påvirket af forskellige faktorer såsom testmiljø og testinstrumenter.
De specifikke trin i den direkte målemetode er som følger:
1
Kør laseren kontinuerligt i lang tid og optag ændringerne i nøgleparametre såsom dens udgangseffekt og bølgelængde.
2
Observer ændringerne i laserens ydeevne over tid, indtil laseren ikke længere kan udsende stabilt.
3
Evaluer laserens levetid og pålidelighed ved at analysere de registrerede data
Hvis livet testes direkte under arbejdsforhold, vil det være meget tidskrævende, og tidsmængden vil være stor. Derfor skal der være et sæt videnskabelige metoder til at screene enheder og forudsige liv for at give brugerne pålidelige garantier.
Der er flere måder, hvorpå LD kan fejle:
1
Indledende fejl
Dette er normalt forårsaget af den hurtige nedbrydning af DLD- og DSD-vækst i laseren i det tidlige stadie. Det afspejler hovedsageligt kvalitetsproblemerne i fremstillingsprocessen. Prøver med initial fejl er mere følsomme over for termisk accelereret aldring og har lav termisk aktiveringsenergi.
2
Tilfældig fiasko
Dette er forårsaget af eksterne faktorer såsom elektrostatisk udladning, øjeblikkelige store strømudsving, mekaniske vibrationer osv. Denne type enhed viser ingen tegn før fejl.
3
Langsom fiasko
Dens karakteristika er, at laserens karakteristiske parametre ændrer sig langsomt over tid. Denne fejl er bestemt til at komme og er afslutningen på enhedens levetid.
Vores opgave er at eliminere indledende fejl så meget som muligt og forhindre tilfældige fejl så meget som muligt. Etabler en metode, der kan bestemme langsomme fejl på kortere tid, som er den accelererede ældningstest.
Den såkaldte accelererede aldring er at accelerere nedbrydningen af enheden under mere barske forhold eller overbelastningsforhold. Derefter ekstrapoleres de pålidelige data, der er opnået under disse barske forhold, for at opnå arbejdslivsværdien under normale forhold.
Hvorvidt den accelererede ældningstest er vellykket, videnskabeligheden og referencebarheden af dataene, nøglen ligger i at bestemme de betingelser, der anvendes til aldring.
Vi ved, at halvleder LD's driftssikkerhed er tæt forbundet med dens arbejdsparametre og eksterne arbejdsforhold. Med stigningen i overgangstemperaturen falder den kontinuerlige levetid, arbejdsstrømmen stiger, og laseren er let at nedbryde. Strålingseffekten under drift øges, hvilket også accelererer nedbrydningsprocessen. Derfor kan disse parametre vælges som betingelserne for ældningstesten eller parametrene for at undersøge deres ændringer.
Screeningen og livstesten af LD bruger ofte højtemperaturaccelererede ældningsmetoder. Og mekanismen for accelereret aldring ved høj temperatur bør være den samme som nedbrydningsmekanismen under normal arbejdstemperatur. Kun på denne måde kan den ekstrapolerede forventede levetid være pålidelig.
Forholdet mellem arbejdsstrømmen og tiden for InGaAsP-laseren efter accelereret aldring ved 60 grader Celsius
Ældningsbetingelserne for denne tid er: opretholdelse af enhedens omgivende temperatur på 60 grader, den enkeltsidede optiske udgangseffekt på 5mW og observation af ændringen af arbejdsstrømmen med ældningstiden. Det kan ses af figuren, at i de første 500 til 1000 timer, stiger strømmen hurtigt, så kommer der et bøjningspunkt, og så har den en tendens til mætning.
Baseret på disse resultater kan enheden screenes.
I enhedens enkelt langsomme nedbrydningstilstand adlyder forholdet mellem halvlederlaserens levetid t og temperaturen T det eksponentielle Arrhenius-forhold
Ea er aktiveringsenergien, og Kb er Boltzmann-konstanten. Ea måles ved at prøve nedbrydningshastigheden. Forholdet mellem nedbrydningshastigheden Rt og temperaturen stemmer også overens med Arrhenius-forholdet
Generelt kan aktiveringsenergien Ea for prøven opnås ved at opretholde en konstant optisk udgangseffekt og teste nedbrydningshastigheden ved forskellige ældningstemperaturer.
dI/dt svarer til nedbrydningshastighedsværdien efter bøjningspunktet for I(t) i ovenstående figur. Generelt for GaAlAs/GaAs-lasere er gennemsnitsværdien af Ea ca. {{0}}.7eV; for InGaAsP/InP-lasere er den gennemsnitlige værdi af Ea omkring 1,0 eV. Levetiden er omkring 10E5~10E6 timer.
Derudover er den gennemsnitlige ældningstid også en vigtig parameter til at måle pålideligheden af halvleder LD. Den gennemsnitlige ældningstid under normal arbejdstemperatur opnås også ved at teste den gennemsnitlige ældningstid og aktiveringsenergi under højtemperatur-ældningsforhold og derefter beregnet af Arrhenius. Bestemmelsen af den gennemsnitlige ældningstid under højtemperatur-ældningsforhold er baseret på at opretholde den enkeltsidede udgangseffekt konstant og øge strømmen med 50% som ældningsstandard.
Den modelbaserede forudsigelsesmetode forudsiger laserens levetid ved at etablere en matematisk model af laseren og kombinere dens arbejdsprincip, materialeegenskaber, arbejdsmiljø og andre faktorer. Denne metode kræver høj faglig viden og computerkraft, men den kan opnå nøjagtig forudsigelse af laserens levetid.
Vores adresse
B-1507 Ruiding Mansion, No.200 Zhenhua Rd, Xihu District, 310030 Hangzhou, Zhejiang, Kina
Telefonnummer
0086 181 5840 0345
info@brandnew-china.com
