عمر لیزر نیمه هادی یک پارامتر حیاتی است. در کاربردهای مختلف، عمر کاری به اندازه کافی طولانی باید تضمین شود، به ویژه در ارتباطات کابلی نوری زیردریایی و ارتباطات ماهواره ای، جایی که طول عمر باید به 20-30 سال برسد. طول عمر کلی لیزرها از چند هزار ساعت تا صدها هزار ساعت متغیر است. طول عمر خاص بستگی به نوع لیزر و نحوه نگهداری آن دارد. به عنوان مثال، طول عمر نظری یک لیزر فیبر می تواند به بیش از 100،{2}} ساعت برسد، در حالی که طول عمر نظری لیزر CO2 12،000 ساعت است.
روش‌های تست عمر قابلیت اطمینان لیزرها عمدتاً شامل روش اندازه‌گیری مستقیم، روش تست پیری تسریع‌شده و روش پیش‌بینی مبتنی بر مدل است.
روش اندازه‌گیری مستقیم به این صورت است که لیزر را برای مدت طولانی به‌طور مداوم اجرا می‌کند و تغییرات پارامترهای کلیدی مانند توان خروجی و طول موج را ثبت می‌کند تا زمانی که لیزر دیگر نتواند لیزر را به طور پایدار تولید کند. اگرچه این روش مستقیم است، اما زمان زیادی می برد و ممکن است تحت تاثیر عوامل مختلفی مانند محیط تست و ابزار تست قرار گیرد.
مراحل خاص روش اندازه گیری مستقیم به شرح زیر است:
1
لیزر را به طور مداوم برای مدت طولانی اجرا کنید و تغییرات پارامترهای کلیدی مانند توان خروجی و طول موج آن را ثبت کنید.
2
تغییرات عملکرد لیزر را در طول زمان مشاهده کنید تا زمانی که لیزر دیگر قادر به خروجی پایدار نباشد.
3
با تجزیه و تحلیل داده های ثبت شده، عمر و قابلیت اطمینان لیزر را ارزیابی کنید
اگر عمر به طور مستقیم در شرایط کاری آزمایش شود، بسیار زمان بر خواهد بود و مقدار زمان زیادی خواهد بود. بنابراین باید مجموعه ای از روش های علمی برای غربالگری دستگاه ها و پیش بینی عمر وجود داشته باشد تا ضمانت های مطمئنی در اختیار کاربران قرار گیرد.
چندین راه برای شکست LD وجود دارد:
1
شکست اولیه
این معمولاً به دلیل تخریب سریع رشد DLD و DSD در لیزر در مراحل اولیه ایجاد می شود. این عمدتا مشکلات کیفیت در فرآیند تولید را منعکس می کند. نمونه های با شکست اولیه نسبت به پیری تسریع شده حرارتی حساس تر هستند و انرژی فعال سازی حرارتی پایینی دارند.
2
شکست تصادفی
این امر در اثر عوامل خارجی مانند تخلیه الکترواستاتیکی، نوسانات شدید جریان لحظه ای، ارتعاشات مکانیکی و غیره ایجاد می شود که این نوع دستگاه هیچ علامتی را قبل از خرابی نشان نمی دهد.
3
شکست آهسته
ویژگی آن این است که پارامترهای مشخصه لیزر در طول زمان به آرامی تغییر می کنند. این شکست سرنوشت ساز است و پایان عمر کاری دستگاه است.
وظیفه ما رفع خرابی های اولیه تا حد امکان و جلوگیری از خرابی های تصادفی تا حد امکان است. روشی را ایجاد کنید که بتواند خرابی های آهسته را در زمان کوتاه تری تعیین کند که همان تست پیری تسریع شده است.
به اصطلاح پیری تسریع شده برای تسریع تخریب دستگاه در شرایط سخت تر یا شرایط استرس بیش از حد است. سپس داده های قابل اعتماد به دست آمده در این شرایط سخت برای به دست آوردن ارزش عمر کاری در شرایط عادی برون یابی می شوند.
اینکه آیا تست پیری تسریع شده موفقیت آمیز است، علمی بودن و قابل ارجاع بودن داده ها، کلید تعیین شرایط مورد استفاده برای پیری است.
می دانیم که قابلیت اطمینان کار نیمه هادی LD ارتباط نزدیکی با پارامترهای کاری و شرایط کاری خارجی آن دارد. با افزایش دمای اتصال، عمر کاری مداوم کاهش می یابد، جریان کاری افزایش می یابد و لیزر به راحتی تخریب می شود. قدرت تشعشع در حین کار افزایش می یابد که همچنین روند تخریب را تسریع می کند. بنابراین می توان این پارامترها را به عنوان شرایط تست پیری یا پارامترهایی برای بررسی تغییرات آنها انتخاب کرد.
غربالگری و آزمایش زندگی LD اغلب از روش های پیری تسریع شده در دمای بالا استفاده می کند. و مکانیسم پیری تسریع شده در دمای بالا باید مانند مکانیسم تخریب در دمای کار معمولی باشد. فقط از این طریق می توان عمر مورد انتظار برون یابی شده قابل اعتماد باشد.
رابطه بین جریان کار و زمان لیزر InGaAsP پس از پیری تسریع شده در دمای 60 درجه سانتیگراد
شرایط پیری برای این زمان عبارتند از: حفظ دمای محیط دستگاه در 60 درجه، توان اپتیکال خروجی یک طرفه در 5 میلی وات و مشاهده تغییر جریان کار با زمان پیری. از شکل می توان دریافت که در 500 تا 1000 ساعت اول، جریان به سرعت افزایش می یابد، سپس یک نقطه عطف ظاهر می شود و سپس به سمت اشباع میل می کند.
بر اساس این نتایج می توان دستگاه را غربال کرد.
در حالت تخریب آهسته دستگاه، رابطه بین طول عمر t لیزر نیمه هادی و دمای T از رابطه آرنیوس نمایی تبعیت می کند.
Ea انرژی فعال سازی است و Kb ثابت بولتزمن است. Ea با نمونه برداری از نرخ تخریب اندازه گیری می شود. رابطه بین نرخ تخریب Rt و دما نیز با رابطه آرنیوس مطابقت دارد
به طور کلی، انرژی فعال سازی Ea نمونه را می توان با حفظ توان نوری خروجی ثابت و آزمایش نرخ تخریب در دماهای مختلف پیری به دست آورد.
dI/dt مربوط به مقدار نرخ تخریب پس از نقطه عطف I(t) در شکل بالا است. به طور کلی، برای لیزرهای GaAlAs/GaAs، مقدار متوسط Ea حدود {{0}}.7eV است. برای لیزرهای InGaAsP/InP، مقدار متوسط Ea حدود 1.0eV است. طول عمر حدود 10E5 ~ 10E6 ساعت است.
علاوه بر این، میانگین زمان پیری نیز یک پارامتر مهم برای اندازه گیری قابلیت اطمینان نیمه هادی LD است. میانگین زمان پیری در دمای کار معمولی نیز با آزمایش میانگین زمان پیری و انرژی فعال‌سازی در شرایط پیری دمای بالا به‌دست می‌آید و سپس توسط آرنیوس محاسبه می‌شود. تعیین میانگین زمان پیری در شرایط پیری با دمای بالا بر اساس ثابت نگه داشتن توان خروجی یک طرفه و افزایش جریان تا 50 درصد به عنوان استاندارد پیری است.
روش پیش‌بینی مبتنی بر مدل، با ایجاد یک مدل ریاضی لیزر و ترکیب اصل کار، خواص مواد، محیط کار و سایر عوامل، عمر لیزر را پیش‌بینی می‌کند. این روش به دانش حرفه ای و قدرت محاسباتی بالایی نیاز دارد، اما می تواند به پیش بینی دقیق عمر لیزر دست یابد.
آدرس ما
B-1507 Ruiding Mansion، شماره 200 Zhenhua Rd, Xihu District, 310030 Hangzhou, Zhejiang, China
شماره تلفن
0086 181 5840 0345
ایمیل
info@brandnew-china.com
