Η διάρκεια ζωής ενός λέιζερ ημιαγωγών είναι μια κρίσιμη παράμετρος. Σε διάφορες εφαρμογές, πρέπει να διασφαλίζεται μια αρκετά μεγάλη διάρκεια ζωής, ειδικά στις υποθαλάσσιες επικοινωνίες με οπτικό καλώδιο και στις δορυφορικές επικοινωνίες, όπου η διάρκεια ζωής πρέπει να φτάσει τα 20-30 έτη. Η γενική διάρκεια ζωής των λέιζερ κυμαίνεται από μερικές χιλιάδες ώρες έως εκατοντάδες χιλιάδες ώρες. Η συγκεκριμένη διάρκεια ζωής εξαρτάται από τον τύπο του λέιζερ και το πόσο καλά διατηρείται. Για παράδειγμα, η θεωρητική διάρκεια ζωής ενός λέιζερ ινών μπορεί να φτάσει τις 100,000 ώρες, ενώ η θεωρητική διάρκεια ζωής ενός λέιζερ CO2 είναι 12,000 ώρες.
Οι μέθοδοι δοκιμής ζωής αξιοπιστίας των λέιζερ περιλαμβάνουν κυρίως μέθοδο άμεσης μέτρησης, μέθοδο δοκιμής επιταχυνόμενης γήρανσης και μέθοδο πρόβλεψης βάσει μοντέλου.
Η μέθοδος άμεσης μέτρησης είναι η συνεχής λειτουργία του λέιζερ για μεγάλο χρονικό διάστημα και η καταγραφή των αλλαγών σε βασικές παραμέτρους όπως η ισχύς εξόδου και το μήκος κύματος έως ότου το λέιζερ δεν μπορεί πλέον να εξάγει λέιζερ σταθερά. Αν και αυτή η μέθοδος είναι άμεση, διαρκεί πολύ και μπορεί να επηρεαστεί από διάφορους παράγοντες όπως το περιβάλλον δοκιμής και τα όργανα δοκιμής.
Τα συγκεκριμένα βήματα της μεθόδου άμεσης μέτρησης είναι τα εξής:
1
Λειτουργήστε το λέιζερ συνεχώς για μεγάλο χρονικό διάστημα και καταγράψτε τις αλλαγές σε βασικές παραμέτρους όπως η ισχύς εξόδου και το μήκος κύματος.
2
Παρατηρήστε τις αλλαγές στην απόδοση του λέιζερ με την πάροδο του χρόνου έως ότου το λέιζερ δεν μπορεί πλέον να εκπέμπει σταθερά.
3
Αξιολογήστε τη διάρκεια ζωής και την αξιοπιστία του λέιζερ αναλύοντας τα καταγεγραμμένα δεδομένα
Εάν η διάρκεια ζωής δοκιμαστεί απευθείας σε συνθήκες εργασίας, θα είναι πολύ χρονοβόρα και ο χρόνος θα είναι μεγάλος. Επομένως, πρέπει να υπάρχει ένα σύνολο επιστημονικών μεθόδων για τον έλεγχο των συσκευών και την πρόβλεψη της ζωής, ώστε να παρέχονται στους χρήστες αξιόπιστες εγγυήσεις.
Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να αποτύχει η LD:
1
Αρχική αποτυχία
Αυτό συνήθως προκαλείται από την ταχεία υποβάθμιση της ανάπτυξης DLD και DSD στο λέιζερ στο αρχικό στάδιο. Αντικατοπτρίζει κυρίως τα ποιοτικά προβλήματα στη διαδικασία παραγωγής. Τα δείγματα με αρχική αστοχία είναι πιο ευαίσθητα στη θερμική επιταχυνόμενη γήρανση και έχουν χαμηλή ενέργεια θερμικής ενεργοποίησης.
2
Τυχαία αποτυχία
Αυτό προκαλείται από εξωτερικούς παράγοντες όπως ηλεκτροστατική εκφόρτιση, στιγμιαίες μεγάλες διακυμάνσεις ρεύματος, μηχανικούς κραδασμούς κ.λπ. Αυτός ο τύπος συσκευής δεν παρουσιάζει κανένα σημάδι πριν από την αστοχία.
3
Αργή αποτυχία
Το χαρακτηριστικό του είναι ότι οι χαρακτηριστικές παράμετροι του laser αλλάζουν αργά με την πάροδο του χρόνου. Αυτή η αστοχία είναι προορισμένη να έρθει και είναι το τέλος της ζωής της συσκευής.
Το καθήκον μας είναι να εξαλείψουμε όσο το δυνατόν περισσότερο τις αρχικές αστοχίες και να αποτρέψουμε όσο το δυνατόν περισσότερο τις τυχαίες αστοχίες. Καθιερώστε μια μέθοδο που μπορεί να προσδιορίσει αργές αστοχίες σε συντομότερο χρόνο, που είναι η δοκιμή επιταχυνόμενης γήρανσης.
Η λεγόμενη επιταχυνόμενη γήρανση είναι να επιταχύνει την υποβάθμιση της συσκευής κάτω από πιο σκληρές συνθήκες ή συνθήκες υπερέντασης. Στη συνέχεια, τα αξιόπιστα δεδομένα που λαμβάνονται κάτω από αυτές τις σκληρές συνθήκες παρεκτείνονται για να ληφθεί η τιμή της εργασιακής ζωής υπό κανονικές συνθήκες.
Εάν το τεστ επιταχυνόμενης γήρανσης είναι επιτυχές, η επιστημονικότητα και η δυνατότητα αναφοράς των δεδομένων, το κλειδί βρίσκεται στον καθορισμό των συνθηκών που χρησιμοποιούνται για τη γήρανση.
Γνωρίζουμε ότι η αξιοπιστία λειτουργίας του ημιαγωγού LD συνδέεται στενά με τις παραμέτρους λειτουργίας του και τις εξωτερικές συνθήκες εργασίας. Με την αύξηση της θερμοκρασίας της διασταύρωσης, η συνεχής διάρκεια ζωής μειώνεται, το ρεύμα εργασίας αυξάνεται και το λέιζερ είναι εύκολο να υποβαθμιστεί. Η ισχύς της ακτινοβολίας κατά τη λειτουργία αυξάνεται, γεγονός που επιταχύνει επίσης τη διαδικασία υποβάθμισης. Επομένως, αυτές οι παράμετροι μπορούν να επιλεγούν ως οι προϋποθέσεις για τη δοκιμή γήρανσης ή οι παράμετροι για την εξέταση των αλλαγών τους.
Ο έλεγχος και η δοκιμασία ζωής της LD χρησιμοποιούν συχνά μεθόδους επιταχυνόμενης γήρανσης σε υψηλή θερμοκρασία. Και ο μηχανισμός της επιταχυνόμενης γήρανσης σε υψηλή θερμοκρασία θα πρέπει να είναι ο ίδιος με τον μηχανισμό υποβάθμισης υπό κανονική θερμοκρασία εργασίας. Μόνο με αυτόν τον τρόπο μπορεί να είναι αξιόπιστη η προεκτεινόμενη αναμενόμενη ζωή.
Σχέση μεταξύ του ρεύματος εργασίας και του χρόνου του λέιζερ InGaAsP μετά από επιταχυνόμενη γήρανση στους 60 βαθμούς Κελσίου
Οι συνθήκες παλαίωσης για αυτό το χρονικό διάστημα είναι: διατήρηση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος της συσκευής στους 60 βαθμούς, η μονής όψης οπτική ισχύς εξόδου στα 5 mW και η παρατήρηση της αλλαγής του ρεύματος εργασίας με το χρόνο γήρανσης. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι τις πρώτες 500 έως 1000 ώρες, το ρεύμα αυξάνεται γρήγορα, μετά εμφανίζεται ένα σημείο καμπής και μετά τείνει σε κορεσμό.
Με βάση αυτά τα αποτελέσματα, η συσκευή μπορεί να ελεγχθεί.
Στη λειτουργία απλής αργής υποβάθμισης της συσκευής, η σχέση μεταξύ της διάρκειας ζωής t του λέιζερ ημιαγωγών και της θερμοκρασίας T υπακούει στην εκθετική σχέση Arrhenius
Ea είναι η ενέργεια ενεργοποίησης και Kb η σταθερά Boltzmann. Το Ea μετριέται με δειγματοληψία του ρυθμού αποδόμησης. Η σχέση μεταξύ του ρυθμού αποικοδόμησης Rt και της θερμοκρασίας συμμορφώνεται επίσης με τη σχέση Arrhenius
Γενικά, η ενέργεια ενεργοποίησης Ea του δείγματος μπορεί να ληφθεί με τη διατήρηση μιας σταθερής οπτικής ισχύος εξόδου και τη δοκιμή του ρυθμού αποικοδόμησης σε διαφορετικές θερμοκρασίες γήρανσης.
Το dI/dt αντιστοιχεί στην τιμή του ρυθμού υποβάθμισης μετά το σημείο καμπής του I(t) στο παραπάνω σχήμα. Γενικά, για τα λέιζερ GaAlAs/GaAs, η μέση τιμή του Ea είναι περίπου {{0}}.7eV; για τα λέιζερ InGaAsP/InP, η μέση τιμή του Ea είναι περίπου 1,0 eV. Η διάρκεια ζωής είναι περίπου 10E5~10E6 ώρες.
Επιπλέον, ο μέσος χρόνος γήρανσης είναι επίσης μια σημαντική παράμετρος για τη μέτρηση της αξιοπιστίας του ημιαγωγού LD. Ο μέσος χρόνος γήρανσης υπό κανονική θερμοκρασία εργασίας λαμβάνεται επίσης δοκιμάζοντας τον μέσο χρόνο γήρανσης και την ενέργεια ενεργοποίησης υπό συνθήκες γήρανσης υψηλής θερμοκρασίας και στη συνέχεια υπολογίζεται από τον Arrhenius. Ο προσδιορισμός του μέσου χρόνου γήρανσης υπό συνθήκες γήρανσης υψηλής θερμοκρασίας βασίζεται στη διατήρηση σταθερής ισχύος εξόδου μονής όψης και στην αύξηση του ρεύματος κατά 50% ως πρότυπο γήρανσης.
Η μέθοδος πρόβλεψης βάσει μοντέλου προβλέπει τη ζωή του λέιζερ καθιερώνοντας ένα μαθηματικό μοντέλο του λέιζερ και συνδυάζοντας την αρχή λειτουργίας του, τις ιδιότητες του υλικού, το περιβάλλον εργασίας και άλλους παράγοντες. Αυτή η μέθοδος απαιτεί υψηλή επαγγελματική γνώση και υπολογιστική ισχύ, αλλά μπορεί να επιτύχει ακριβή πρόβλεψη της διάρκειας ζωής του λέιζερ.
Η διεύθυνσή μας
B-1507 Ruiding Mansion, No.200 Zhenhua Rd, Xihu District, 310030 Hangzhou, Zhejiang, China
Αριθμός τηλεφώνου
0086 181 5840 0345
info@brandnew-china.com
