Термін служби напівпровідникового лазера є критичним параметром. У різних сферах застосування необхідно забезпечити достатньо тривалий термін служби, особливо в підводному оптичному кабельному зв’язку та супутниковому зв’язку, де термін служби має досягати 20-30 років. Загальний термін служби лазерів коливається від кількох тисяч годин до сотень тисяч годин. Конкретний термін служби залежить від типу лазера та того, наскільки добре він обслуговується. Наприклад, теоретичний термін служби волоконного лазера може досягати понад 100000 годин, тоді як теоретичний термін служби CO2-лазера становить 12000 годин.
Методи випробування надійності лазерів включають в основному метод прямого вимірювання, метод випробування прискореного старіння та метод прогнозування на основі моделі.
Метод прямого вимірювання полягає в безперервній роботі лазера протягом тривалого часу та реєстрації змін ключових параметрів, таких як вихідна потужність і довжина хвилі, доки лазер не перестане стабільно видавати лазер. Незважаючи на те, що цей метод є прямим, він займає багато часу, і на нього можуть впливати різні фактори, такі як тестове середовище та тестові інструменти.
Конкретні етапи методу прямого вимірювання такі:
1
Увімкніть лазер безперервно протягом тривалого часу та записуйте зміни ключових параметрів, таких як вихідна потужність і довжина хвилі.
2
Спостерігайте за змінами продуктивності лазера з часом, доки лазер не перестане працювати стабільно.
3
Оцініть термін служби та надійність лазера, проаналізувавши записані дані
Якщо термін служби перевіряється безпосередньо в робочих умовах, це займе багато часу, і кількість часу буде значною. Таким чином, має бути набір наукових методів перевірки пристроїв і прогнозування терміну служби, щоб надати користувачам надійні гарантії.
Є кілька способів виходу з ладу LD:
1
Початкова невдача
Зазвичай це спричинено швидкою деградацією росту DLD та DSD у лазері на ранній стадії. Це в основному відображає проблеми якості у виробничому процесі. Зразки з початковим руйнуванням більш чутливі до термоприскореного старіння і мають низьку енергію термоактивації.
2
Випадковий збій
Це викликано зовнішніми факторами, такими як електростатичний розряд, миттєві великі коливання струму, механічні вібрації тощо. Цей тип пристрою не виявляє жодних ознак перед поломкою.
3
Повільний збій
Його особливістю є те, що характерні параметри лазера повільно змінюються з часом. Ця несправність приречена на майбутнє і означає кінець терміну служби пристрою.
Наше завдання — максимально усунути початкові збої та максимально запобігти випадковим збоям. Створіть метод, який може визначати повільні відмови за більш короткий час, тобто тест на прискорене старіння.
Так зване прискорене старіння призначене для прискорення деградації пристрою в більш жорстких умовах або в умовах надмірного навантаження. Потім достовірні дані, отримані за цих важких умов, екстраполюються для отримання значення терміну служби за нормальних умов.
Від того, чи успішний тест на прискорене старіння, науковість і довідковість даних, ключ лежить у визначенні умов, які використовуються для старіння.
Ми знаємо, що робоча надійність напівпровідникових ЛД тісно пов’язана з його робочими параметрами та зовнішніми умовами роботи. З підвищенням температури переходу безперервний термін служби зменшується, робочий струм збільшується, і лазер легко погіршити. Потужність випромінювання під час роботи збільшується, що також прискорює процес деградації. Таким чином, ці параметри можуть бути обрані як умови для тесту на старіння або параметри для вивчення їх змін.
Скринінг і випробування довговічності ЛД часто використовують методи прискореного старіння при високій температурі. І механізм високотемпературного прискореного старіння має бути таким же, як і механізм деградації за нормальної робочої температури. Тільки в цьому випадку екстрапольоване очікуване життя може бути надійним.
Зв'язок між робочим струмом і часом лазера InGaAsP після прискореного старіння при 60 градусах Цельсія
Умови старіння протягом цього часу: підтримка температури навколишнього середовища пристрою на рівні 60 градусів, одностороння вихідна оптична потужність на рівні 5 мВт і спостереження за зміною робочого струму з часом старіння. З малюнка видно, що в перші 500-1000 годин струм швидко зростає, потім з'являється точка перегину, а потім прагне до насичення.
На основі цих результатів пристрій можна перевірити.
У режимі єдиної повільної деградації пристрою співвідношення між терміном служби t напівпровідникового лазера та температурою T підкоряється експоненціальному відношенню Арреніуса
Ea – енергія активації, Kb – стала Больцмана. Ea вимірюється шляхом вибірки швидкості деградації. Співвідношення між швидкістю деградації Rt і температурою також відповідає залежності Арреніуса
Як правило, енергію активації Ea зразка можна отримати шляхом підтримки постійної вихідної оптичної потужності та тестування швидкості деградації при різних температурах старіння.
dI/dt відповідає значенню швидкості деградації після точки перегину I(t) на наведеному вище малюнку. Зазвичай для лазерів GaAlAs/GaAs середнє значення Ea становить близько {{0}},7 еВ; для лазерів InGaAsP/InP середнє значення Ea становить приблизно 1,0 еВ. Тривалість життя становить приблизно 10E5~10E6 годин.
Крім того, середній час старіння також є важливим параметром для вимірювання надійності напівпровідникових ЛД. Середній час старіння при нормальній робочій температурі також визначається шляхом тестування середнього часу старіння та енергії активації в умовах високотемпературного старіння, а потім розраховується Арреніусом. Визначення середнього часу старіння в умовах високотемпературного старіння базується на підтримці постійної односторонньої вихідної потужності та збільшенні струму на 50% як стандарту старіння.
Метод прогнозування на основі моделі передбачає термін служби лазера шляхом створення математичної моделі лазера та поєднання його принципу роботи, властивостей матеріалу, робочого середовища та інших факторів. Цей метод вимагає високих професійних знань і обчислювальної потужності, але за його допомогою можна досягти точного прогнозування терміну служби лазера.
Наша адреса
B-1507 Ruiding Mansion, No.200 Zhenhua Rd, Xihu District, 310030 Hangzhou, Zhejiang, China
Номер телефону
0086 181 5840 0345
Електронна пошта
info@brandnew-china.com
