La vida útil d'un làser semiconductor és un paràmetre crític. En diverses aplicacions, s'ha de garantir una vida útil prou llarga, especialment en comunicacions per cable òptic submarí i comunicacions per satèl·lit, on la vida útil ha d'arribar a 20-30 anys. La vida útil general dels làsers oscil·la entre uns quants milers d'hores a centenars de milers d'hores. La vida útil específica depèn del tipus de làser i del bon manteniment. Per exemple, la vida útil teòrica d'un làser de fibra pot arribar a més de 100,000 hores, mentre que la vida útil teòrica d'un làser de CO2 és de 12,000 hores.
Els mètodes de prova de fiabilitat dels làsers inclouen principalment el mètode de mesura directa, el mètode de prova d'envelliment accelerat i el mètode de predicció basat en models.
El mètode de mesura directa és fer funcionar el làser contínuament durant molt de temps i registrar els canvis en paràmetres clau com ara la potència de sortida i la longitud d'ona fins que el làser ja no pugui produir làser de manera estable. Tot i que aquest mètode és directe, triga molt de temps i es pot veure afectat per diversos factors, com ara l'entorn de prova i els instruments de prova.
Els passos específics del mètode de mesura directa són els següents:
1
Executeu el làser contínuament durant molt de temps i registreu els canvis en paràmetres clau com ara la seva potència de sortida i longitud d'ona.
2
Observeu els canvis en el rendiment del làser al llarg del temps fins que el làser ja no pugui sortir de manera estable.
3
Avalueu la vida i la fiabilitat del làser mitjançant l'anàlisi de les dades registrades
Si la vida es prova directament en condicions de treball, serà molt llarg i la quantitat de temps serà gran. Per tant, hi ha d'haver un conjunt de mètodes científics de cribratge dels dispositius i predir la vida per oferir als usuaris garanties fiables.
Hi ha diverses maneres de fallar LD:
1
Falla inicial
Això sol ser causat per la ràpida degradació del creixement de DLD i DSD al làser en la fase inicial. Reflecteix principalment els problemes de qualitat en el procés de fabricació. Les mostres amb fallada inicial són més sensibles a l'envelliment tèrmic accelerat i tenen una baixa energia d'activació tèrmica.
2
Falla aleatòria
Això és causat per factors externs com ara descàrregues electrostàtiques, grans fluctuacions instantànies de corrent, vibracions mecàniques, etc. Aquest tipus d'aparell no mostra cap senyal abans de fallar.
3
Fracàs lent
La seva característica és que els paràmetres característics del làser canvien lentament amb el temps. Aquesta fallada està destinada a arribar i és el final de la vida útil del dispositiu.
La nostra tasca és eliminar les fallades inicials tant com sigui possible i prevenir les fallades aleatòries tant com sigui possible. Establir un mètode que pugui determinar falles lentes en un temps més curt, que és la prova d'envelliment accelerat.
L'anomenat envelliment accelerat és per accelerar la degradació del dispositiu en condicions més dures o en condicions de sobreestrès. A continuació, s'extrapolen les dades fiables obtingudes en aquestes dures condicions per obtenir el valor de la vida útil en condicions normals.
Tant si la prova d'envelliment accelerat té èxit, com la cientificitat i la referència de les dades, la clau està en determinar les condicions utilitzades per a l'envelliment.
Sabem que la fiabilitat de treball dels semiconductors LD està estretament relacionada amb els seus paràmetres de treball i les condicions de treball externes. Amb l'augment de la temperatura de la unió, la vida de treball contínua disminueix, el corrent de treball augmenta i el làser és fàcil de degradar. La potència de radiació durant el funcionament augmenta, la qual cosa també accelera el procés de degradació. Per tant, aquests paràmetres es poden seleccionar com a condicions per a la prova d'envelliment o com a paràmetres per examinar els seus canvis.
El cribratge i la prova de vida del LD sovint utilitzen mètodes d'envelliment accelerat a alta temperatura. I el mecanisme d'envelliment accelerat a alta temperatura hauria de ser el mateix que el mecanisme de degradació a temperatura normal de treball. Només així pot ser fiable la vida esperada extrapolada.
Relació entre el corrent de treball i el temps del làser InGaAsP després d'un envelliment accelerat a 60 graus centígrads
Les condicions d'envelliment d'aquest temps són: mantenir la temperatura ambient del dispositiu a 60 graus, la potència òptica de sortida d'una sola cara a 5 mW i observar el canvi del corrent de treball amb el temps d'envelliment. A la figura es pot veure que en les primeres 500 a 1000 hores, el corrent augmenta ràpidament, després apareix un punt d'inflexió i després tendeix a la saturació.
A partir d'aquests resultats, es pot examinar el dispositiu.
En el mode de degradació lenta única del dispositiu, la relació entre la vida t del làser semiconductor i la temperatura T obeeix a la relació exponencial d'Arrhenius
Ea és l'energia d'activació i Kb és la constant de Boltzmann. Ea es mesura mitjançant un mostreig de la taxa de degradació. La relació entre la taxa de degradació Rt i la temperatura també s'ajusta a la relació d'Arrhenius
En general, l'energia d'activació Ea de la mostra es pot obtenir mantenint una potència òptica de sortida constant i provant la taxa de degradació a diferents temperatures d'envelliment.
dI/dt correspon al valor de la taxa de degradació després del punt d'inflexió de I (t) a la figura anterior. En general, per als làsers GaAlAs/GaAs, el valor mitjà d'Ea és d'aproximadament {{0}},7eV; per als làsers InGaAsP/InP, el valor mitjà d'Ea és d'uns 1,0 eV. La vida útil és d'unes 10E5 ~ 10E6 hores.
A més, el temps mitjà d'envelliment també és un paràmetre important per mesurar la fiabilitat del LD semiconductor. El temps mitjà d'envelliment a temperatura normal de treball també s'obté provant el temps mitjà d'envelliment i l'energia d'activació en condicions d'envelliment a alta temperatura, i després el calcula Arrhenius. La determinació del temps mitjà d'envelliment en condicions d'envelliment a alta temperatura es basa en mantenir constant la potència de sortida d'un sol costat i augmentar el corrent en un 50% com a estàndard d'envelliment.
El mètode de predicció basat en models prediu la vida del làser mitjançant l'establiment d'un model matemàtic del làser i la combinació del seu principi de funcionament, propietats del material, entorn de treball i altres factors. Aquest mètode requereix un alt coneixement professional i potència de càlcul, però pot aconseguir una predicció precisa de la vida del làser.
La nostra adreça
B-1507 Ruiding Mansion, No.200 Zhenhua Rd, Xihu District, 310030 Hangzhou, Zhejiang, Xina
Número de telèfon
0086 181 5840 0345
Correu electrònic
info@brandnew-china.com
