La vida útil de un láser semiconductor es un parámetro crítico. En diversas aplicaciones, se debe garantizar una vida útil suficientemente larga, especialmente en comunicaciones por cable óptico submarino y comunicaciones por satélite, donde la vida útil debe alcanzar los 20-30 años. La vida útil general de los láseres oscila entre unos pocos miles de horas y cientos de miles de horas. La vida útil específica depende del tipo de láser y de su buen mantenimiento. Por ejemplo, la vida útil teórica de un láser de fibra puede alcanzar más de 100 000 horas, mientras que la vida útil teórica de un láser de CO2 es de 12 000 horas.
Los métodos de prueba de confiabilidad de los láseres incluyen principalmente el método de medición directa, el método de prueba de envejecimiento acelerado y el método de predicción basado en modelos.
El método de medición directa consiste en hacer funcionar el láser continuamente durante un tiempo prolongado y registrar los cambios en parámetros clave como la potencia de salida y la longitud de onda hasta que el láser ya no pueda emitir láser de manera estable. Aunque este método es directo, lleva mucho tiempo y puede verse afectado por varios factores, como el entorno de prueba y los instrumentos de prueba.
Los pasos específicos del método de medición directa son los siguientes:
1
Haga funcionar el láser de forma continua durante un tiempo prolongado y registre los cambios en parámetros clave como su potencia de salida y longitud de onda.
2
Observe los cambios en el rendimiento del láser a lo largo del tiempo hasta que el láser ya no pueda emitir de manera estable.
3
Evalúe la vida útil y la confiabilidad del láser analizando los datos registrados.
Si la vida se prueba directamente en condiciones de trabajo, llevará mucho tiempo y la cantidad de tiempo será grande. Por lo tanto, debe existir un conjunto de métodos científicos para detectar dispositivos y predecir la vida para brindar a los usuarios garantías confiables.
Hay varias formas en que LD falla:
1
Fallo inicial
Esto suele deberse a la rápida degradación del crecimiento de DLD y DSD en el láser en la etapa inicial. Refleja principalmente los problemas de calidad en el proceso de fabricación. Las muestras con falla inicial son más sensibles al envejecimiento térmico acelerado y tienen baja energía de activación térmica.
2
Fallo aleatorio
Esto se debe a factores externos como descargas electrostáticas, grandes fluctuaciones instantáneas de corriente, vibraciones mecánicas, etc. Este tipo de dispositivo no muestra ningún signo antes de fallar.
3
fracaso lento
Su característica es que los parámetros característicos del láser cambian lentamente con el tiempo. Este fallo está destinado a llegar y supone el fin de la vida útil del dispositivo.
Nuestra tarea es eliminar las fallas iniciales tanto como sea posible y prevenir fallas aleatorias tanto como sea posible. Establecer un método que pueda determinar fallas lentas en un tiempo más corto, el cual es la prueba de envejecimiento acelerado.
El llamado envejecimiento acelerado tiene como objetivo acelerar la degradación del dispositivo en condiciones más duras o de estrés excesivo. Luego, los datos confiables obtenidos en estas duras condiciones se extrapolan para obtener el valor de la vida útil en condiciones normales.
Si la prueba de envejecimiento acelerado tiene éxito, la cientificidad y la referenciabilidad de los datos, la clave está en determinar las condiciones utilizadas para el envejecimiento.
Sabemos que la confiabilidad de trabajo del semiconductor LD está estrechamente relacionada con sus parámetros de trabajo y condiciones de trabajo externas. Con el aumento de la temperatura de la unión, la vida útil continua disminuye, la corriente de trabajo aumenta y el láser se degrada fácilmente. La potencia de radiación durante el funcionamiento aumenta, lo que también acelera el proceso de degradación. Por lo tanto, estos parámetros pueden seleccionarse como condiciones para la prueba de envejecimiento o parámetros para examinar sus cambios.
La detección y la prueba de vida de LD a menudo utilizan métodos de envejecimiento acelerado a alta temperatura. Y el mecanismo de envejecimiento acelerado a alta temperatura debería ser el mismo que el mecanismo de degradación a temperatura de trabajo normal. Sólo así podrá ser fiable la vida esperada extrapolada.
Relación entre la corriente de trabajo y el tiempo del láser InGaAsP después del envejecimiento acelerado a 60 grados Celsius
Las condiciones de envejecimiento para este tiempo son: mantener la temperatura ambiente del dispositivo a 60 grados, la potencia óptica de salida de un solo lado a 5 mW y observar el cambio de la corriente de trabajo con el tiempo de envejecimiento. Se puede ver en la figura que en las primeras 500 a 1000 horas, la corriente aumenta rápidamente, luego aparece un punto de inflexión y luego tiende a la saturación.
Según estos resultados, se puede examinar el dispositivo.
En el modo único de degradación lenta del dispositivo, la relación entre la vida t del láser semiconductor y la temperatura T obedece a la relación exponencial de Arrhenius.
Ea es la energía de activación y Kb es la constante de Boltzmann. Ea se mide muestreando la tasa de degradación. La relación entre la tasa de degradación Rt y la temperatura también se ajusta a la relación de Arrhenius.
Generalmente, la energía de activación Ea de la muestra se puede obtener manteniendo una potencia óptica de salida constante y probando la tasa de degradación a diferentes temperaturas de envejecimiento.
dI/dt corresponde al valor de la tasa de degradación después del punto de inflexión de I(t) en la figura anterior. Generalmente, para los láseres GaAlAs/GaAs, el valor medio de Ea es de aproximadamente {{0}}.7eV; para los láseres InGaAsP/InP, el valor medio de Ea es de aproximadamente 1,0 eV. La vida útil es de aproximadamente 10E5~10E6 horas.
Además, el tiempo medio de envejecimiento también es un parámetro importante para medir la fiabilidad del semiconductor LD. El tiempo promedio de envejecimiento a temperatura de trabajo normal también se obtiene probando el tiempo promedio de envejecimiento y la energía de activación en condiciones de envejecimiento a alta temperatura, y luego Arrhenius lo calcula. La determinación del tiempo promedio de envejecimiento en condiciones de envejecimiento a alta temperatura se basa en mantener constante la potencia de salida unilateral y aumentar la corriente en un 50% como estándar de envejecimiento.
El método de predicción basado en modelos predice la vida útil del láser estableciendo un modelo matemático del láser y combinando su principio de funcionamiento, propiedades del material, entorno de trabajo y otros factores. Este método requiere un alto conocimiento profesional y potencia informática, pero puede lograr una predicción precisa de la vida útil del láser.
Nuestra dirección
B-1507 Mansión Ruiding, No.200 Zhenhua Rd, Distrito Xihu, 310030 Hangzhou, Zhejiang, China
Número de teléfono
0086 181 5840 0345
Correo electrónico
info@brandnew-china.com
