Levetiden til en halvlederlaser er en kritisk parameter. I ulike applikasjoner må det sikres en tilstrekkelig lang levetid, spesielt i undersjøisk optisk kabelkommunikasjon og satellittkommunikasjon, hvor levetiden må nå 20-30 år. Den generelle levetiden til lasere varierer fra noen få tusen timer til hundretusenvis av timer. Den spesifikke levetiden avhenger av typen laser og hvor godt den vedlikeholdes. For eksempel kan den teoretiske levetiden til en fiberlaser nå over 100,000 timer, mens den teoretiske levetiden til en CO2-laser er 12,000 timer.
Testmetodene for pålitelighet og levetid for lasere inkluderer hovedsakelig direkte målemetode, testmetode for akselerert aldring og modellbasert prediksjonsmetode.
Den direkte målemetoden er å kontinuerlig kjøre laseren i lang tid og registrere endringene i nøkkelparametere som utgangseffekt og bølgelengde til laseren ikke lenger kan levere laseren stabilt. Selv om denne metoden er direkte, tar den lang tid og kan påvirkes av ulike faktorer som testmiljø og testinstrumenter.
De spesifikke trinnene i den direkte målemetoden er som følger:
1
Kjør laseren kontinuerlig i lang tid og registrer endringene i nøkkelparametere som utgangseffekt og bølgelengde.
2
Observer endringene i ytelsen til laseren over tid til laseren ikke lenger kan produsere stabilt.
3
Evaluer levetiden og påliteligheten til laseren ved å analysere de registrerte dataene
Hvis livet testes direkte under arbeidsforhold, vil det være svært tidkrevende og tidsmengden stor. Derfor må det finnes et sett med vitenskapelige metoder for å screene enheter og forutsi liv for å gi brukerne pålitelige garantier.
Det er flere måter LD kan mislykkes på:
1
Innledende feil
Dette er vanligvis forårsaket av den raske nedbrytningen av DLD- og DSD-vekst i laseren i det tidlige stadiet. Det gjenspeiler hovedsakelig kvalitetsproblemene i produksjonsprosessen. Prøver med initial feil er mer følsomme for termisk akselerert aldring og har lav termisk aktiveringsenergi.
2
Tilfeldig feil
Dette er forårsaket av eksterne faktorer som elektrostatisk utladning, øyeblikkelige store strømsvingninger, mekaniske vibrasjoner osv. Denne typen apparater viser ingen tegn før feil.
3
Sakte feil
Dens karakteristikk er at de karakteristiske parametrene til laseren endres sakte over tid. Denne feilen er bestemt til å komme og er slutten på enhetens levetid.
Vår oppgave er å eliminere innledende feil så mye som mulig og forhindre tilfeldige feil så mye som mulig. Etabler en metode som kan bestemme langsomme feil på kortere tid, som er den akselererte aldringstesten.
Den såkalte akselererte aldring er å akselerere nedbrytningen av enheten under mer tøffe forhold eller overbelastningsforhold. Deretter ekstrapoleres de pålitelige dataene som er innhentet under disse tøffe forholdene for å oppnå arbeidslivsverdien under normale forhold.
Hvorvidt den akselererte aldringstesten er vellykket, vitenskapelig og referansebarhet av dataene, nøkkelen ligger i å bestemme forholdene som brukes for aldring.
Vi vet at driftssikkerheten til halvleder LD er nært knyttet til arbeidsparametere og eksterne arbeidsforhold. Med økningen av overgangstemperaturen reduseres den kontinuerlige levetiden, arbeidsstrømmen øker, og laseren er lett å bryte ned. Strålingseffekten under drift øker, noe som også akselererer nedbrytningsprosessen. Derfor kan disse parametrene velges som betingelsene for aldringstesten eller parametrene for å undersøke endringene deres.
Screeningen og livstesten av LD bruker ofte høytemperatur-akselererte aldringsmetoder. Og mekanismen for akselerert aldring ved høy temperatur bør være den samme som nedbrytningsmekanismen under normal arbeidstemperatur. Bare på denne måten kan den ekstrapolerte forventede levetiden være pålitelig.
Forholdet mellom arbeidsstrømmen og tiden til InGaAsP-laseren etter akselerert aldring ved 60 grader Celsius
Aldringsforholdene for denne tiden er: opprettholdelse av enhetens omgivelsestemperatur på 60 grader, den ensidige optiske utgangseffekten på 5mW, og observere endringen i arbeidsstrømmen med aldringstiden. Det kan sees fra figuren at i løpet av de første 500 til 1000 timene øker strømmen raskt, deretter vises et bøyningspunkt, og deretter har den en tendens til metning.
Basert på disse resultatene kan enheten screenes.
I den enkle sakte degraderingsmodusen til enheten, følger forholdet mellom levetiden t til halvlederlaseren og temperaturen T det eksponentielle Arrhenius-forholdet
Ea er aktiveringsenergien, og Kb er Boltzmann-konstanten. Ea måles ved prøvetaking av nedbrytningshastigheten. Forholdet mellom nedbrytningshastigheten Rt og temperaturen samsvarer også med Arrhenius-forholdet
Generelt kan aktiveringsenergien Ea til prøven oppnås ved å opprettholde en konstant optisk utgangseffekt og teste nedbrytningshastigheten ved forskjellige aldringstemperaturer.
dI/dt tilsvarer degraderingshastighetsverdien etter infleksjonspunktet til I(t) i figuren ovenfor. Generelt, for GaAlAs/GaAs-lasere, er gjennomsnittsverdien av Ea omtrent {{0}}.7eV; for InGaAsP/InP-lasere er gjennomsnittsverdien av Ea omtrent 1,0 eV. Levetiden er omtrent 10E5~10E6 timer.
I tillegg er den gjennomsnittlige aldringstiden også en viktig parameter for å måle påliteligheten til halvleder LD. Den gjennomsnittlige aldringstiden under normal arbeidstemperatur oppnås også ved å teste den gjennomsnittlige aldringstiden og aktiveringsenergien under høytemperaturaldringsforhold, og deretter beregnet av Arrhenius. Bestemmelsen av den gjennomsnittlige aldringstiden under høytemperaturaldringsforhold er basert på å opprettholde den ensidige utgangseffekten konstant og øke strømmen med 50 % som aldringsstandard.
Den modellbaserte prediksjonsmetoden forutsier levetiden til laseren ved å etablere en matematisk modell av laseren og kombinere dens arbeidsprinsipp, materialegenskaper, arbeidsmiljø og andre faktorer. Denne metoden krever høy faglig kunnskap og datakraft, men den kan oppnå nøyaktig prediksjon av laserens levetid.
Adressen vår
B-1507 Ruiding Mansion, No.200 Zhenhua Rd, Xihu District, 310030 Hangzhou, Zhejiang, Kina
Telefonnummer
0086 181 5840 0345
E-post
info@brandnew-china.com
