De levensduur van een halfgeleiderlaser is een kritische parameter. Bij diverse toepassingen moet een voldoende lange levensduur worden gewaarborgd, vooral bij onderzeese optische kabelcommunicatie en satellietcommunicatie, waar de levensduur 20-30 jaar moet bedragen. De algemene levensduur van lasers varieert van enkele duizenden uren tot honderdduizenden uren. De specifieke levensduur is afhankelijk van het type laser en hoe goed deze wordt onderhouden. De theoretische levensduur van een fiberlaser kan bijvoorbeeld meer dan 100,000 uur bedragen, terwijl de theoretische levensduur van een CO2-laser 12,000 uur bedraagt.
De testmethoden voor de betrouwbaarheid en levensduur van lasers omvatten voornamelijk de directe meetmethode, de versnelde verouderingstestmethode en de modelgebaseerde voorspellingsmethode.
De directe meetmethode is om de laser gedurende een lange tijd continu te laten werken en de veranderingen in belangrijke parameters zoals uitgangsvermogen en golflengte vast te leggen totdat de laser niet langer stabiel laser kan uitvoeren. Hoewel deze methode direct is, duurt deze lang en kan deze worden beïnvloed door verschillende factoren, zoals de testomgeving en testinstrumenten.
De specifieke stappen van de directe meetmethode zijn als volgt:
1
Laat de laser lange tijd continu draaien en registreer de veranderingen in belangrijke parameters, zoals het uitgangsvermogen en de golflengte.
2
Observeer de veranderingen in de prestaties van de laser in de loop van de tijd totdat de laser niet langer stabiel kan presteren.
3
Evalueer de levensduur en betrouwbaarheid van de laser door de geregistreerde gegevens te analyseren
Als de levensduur direct onder werkomstandigheden wordt getest, zal dit zeer tijdrovend zijn en zal de hoeveelheid tijd groot zijn. Daarom moet er een reeks wetenschappelijke methoden zijn om apparaten te screenen en het leven te voorspellen, om gebruikers betrouwbare garanties te bieden.
Er zijn verschillende manieren waarop LD mislukt:
1
Aanvankelijke mislukking
Dit wordt meestal veroorzaakt door de snelle afbraak van DLD- en DSD-groei in de laser in een vroeg stadium. Het weerspiegelt vooral de kwaliteitsproblemen in het productieproces. Monsters met aanvankelijk falen zijn gevoeliger voor thermische versnelde veroudering en hebben een lage thermische activeringsenergie.
2
Willekeurige mislukking
Dit wordt veroorzaakt door externe factoren zoals elektrostatische ontlading, onmiddellijke grote stroomschommelingen, mechanische trillingen, enz. Dit type apparaat vertoont geen tekenen voordat het defect raakt.
3
Langzaam falen
Het kenmerk is dat de karakteristieke parameters van de laser in de loop van de tijd langzaam veranderen. Deze storing is voorbestemd en betekent het einde van de levensduur van het apparaat.
Het is onze taak om aanvankelijke fouten zoveel mogelijk te elimineren en willekeurige fouten zoveel mogelijk te voorkomen. Breng een methode tot stand die langzame storingen in een kortere tijd kan vaststellen: de versnelde verouderingstest.
De zogenaamde versnelde veroudering is bedoeld om de degradatie van het apparaat onder zwaardere omstandigheden of overbelastingsomstandigheden te versnellen. Vervolgens worden de betrouwbare gegevens verkregen onder deze zware omstandigheden geëxtrapoleerd om de waarde van de levensduur onder normale omstandigheden te verkrijgen.
Of de versnelde verouderingstest succesvol is, de wetenschappelijkheid en de refereerbaarheid van de gegevens, de sleutel ligt in het bepalen van de omstandigheden die voor veroudering worden gebruikt.
We weten dat de werkbetrouwbaarheid van halfgeleider-LD nauw verband houdt met de werkparameters en externe werkomstandigheden. Met de toename van de junctietemperatuur neemt de continue levensduur af, neemt de werkstroom toe en is de laser gemakkelijk te degraderen. Het stralingsvermogen tijdens bedrijf neemt toe, wat ook het afbraakproces versnelt. Daarom kunnen deze parameters worden geselecteerd als de omstandigheden voor de verouderingstest of als parameters om hun veranderingen te onderzoeken.
Bij de screening en levensduurtest van LD wordt vaak gebruik gemaakt van versnelde verouderingsmethoden bij hoge temperaturen. En het mechanisme van versnelde veroudering bij hoge temperaturen zou hetzelfde moeten zijn als het degradatiemechanisme onder normale werktemperatuur. Alleen op deze manier kan de geëxtrapoleerde verwachte levensduur betrouwbaar zijn.
Verband tussen de werkstroom en tijd van de InGaAsP-laser na versnelde veroudering bij 60 graden Celsius
De verouderingsomstandigheden voor deze tijd zijn: het handhaven van de omgevingstemperatuur van het apparaat op 60 graden, het enkelzijdige optische uitgangsvermogen op 5 mW, en het observeren van de verandering van de werkstroom met de verouderingstijd. Uit de figuur blijkt dat de stroom in de eerste 500 tot 1000 uur snel toeneemt, waarna er een buigpunt verschijnt en vervolgens de neiging heeft tot verzadiging.
Op basis van deze resultaten kan het apparaat worden gescreend.
In de enkele langzame degradatiemodus van het apparaat volgt de relatie tussen de levensduur t van de halfgeleiderlaser en de temperatuur T de exponentiële Arrhenius-relatie
Ea is de activeringsenergie en Kb is de constante van Boltzmann. Ea wordt gemeten door de afbraaksnelheid te bemonsteren. De relatie tussen de afbraaksnelheid Rt en de temperatuur komt eveneens overeen met de Arrhenius-relatie
Over het algemeen kan de activeringsenergie Ea van het monster worden verkregen door een constant optisch uitgangsvermogen te handhaven en de afbraaksnelheid te testen bij verschillende verouderingstemperaturen.
dI/dt komt overeen met de waarde van de degradatiesnelheid na het buigpunt van I(t) in de bovenstaande figuur. Over het algemeen is de gemiddelde waarde van Ea voor GaAlAs/GaAs-lasers ongeveer {{0}}.7eV; voor InGaAsP/InP-lasers is de gemiddelde waarde van Ea ongeveer 1,0 eV. De levensduur bedraagt ongeveer 10E5~10E6 uur.
Daarnaast is de gemiddelde verouderingstijd ook een belangrijke parameter voor het meten van de betrouwbaarheid van halfgeleider-LD. De gemiddelde verouderingstijd onder normale werktemperatuur wordt ook verkregen door het testen van de gemiddelde verouderingstijd en activeringsenergie onder verouderingsomstandigheden bij hoge temperaturen, en vervolgens berekend door Arrhenius. De bepaling van de gemiddelde verouderingstijd onder verouderingsomstandigheden bij hoge temperaturen is gebaseerd op het constant houden van het enkelzijdige uitgangsvermogen en het verhogen van de stroom met 50% als verouderingsnorm.
De modelgebaseerde voorspellingsmethode voorspelt de levensduur van de laser door een wiskundig model van de laser op te stellen en het werkingsprincipe, de materiaaleigenschappen, de werkomgeving en andere factoren te combineren. Deze methode vereist een hoge professionele kennis en rekenkracht, maar kan een nauwkeurige voorspelling van de levensduur van de laser opleveren.
Ons adres
B-1507 Ruiding Mansion, No.200 Zhenhua Rd, Xihu District, 310030 Hangzhou, Zhejiang, China
Telefoonnummer
0086 181 5840 0345
info@brandnew-china.com
