חייו של לייזר מוליכים למחצה הם פרמטר קריטי. ביישומים שונים, יש להבטיח חיי עבודה ארוכים מספיק, במיוחד בתקשורת כבלים אופטיים תת ימיים ותקשורת לוויינית, שבהן אורך החיים צריך להגיע ל-20-30 שנים. תוחלת החיים הכללית של לייזרים נע בין כמה אלפי שעות למאות אלפי שעות. אורך החיים הספציפי תלוי בסוג הלייזר ובמידת התחזוקה שלו. לדוגמה, תוחלת החיים התיאורטית של לייזר סיבים יכולה להגיע ליותר מ-100,000 שעות, בעוד שתוחלת החיים התיאורטית של לייזר CO2 היא 12,000 שעות.
שיטות בדיקת חיי המהימנות של לייזרים כוללות בעיקר שיטת מדידה ישירה, שיטת בדיקת הזדקנות מואצת ושיטת חיזוי מבוססת מודל.
שיטת המדידה הישירה היא להפעיל ברציפות את הלייזר במשך זמן רב ולתעד את השינויים בפרמטרים מרכזיים כגון הספק פלט ואורך גל עד שהלייזר לא יכול עוד להוציא לייזר ביציבות. למרות ששיטה זו היא ישירה, היא אורכת זמן רב ועשויה להיות מושפעת מגורמים שונים כגון סביבת בדיקה ומכשירי בדיקה.
השלבים הספציפיים של שיטת המדידה הישירה הם כדלקמן:
1
הפעל את הלייזר ברציפות במשך זמן רב ותעד את השינויים בפרמטרים מרכזיים כגון הספק המוצא שלו ואורך הגל.
2
התבונן בשינויים בביצועי הלייזר לאורך זמן עד שהלייזר לא יכול עוד להפיק פלט יציב.
3
הערך את החיים והאמינות של הלייזר על ידי ניתוח הנתונים המוקלטים
אם החיים נבדקים ישירות בתנאי עבודה, זה ייקח זמן רב וכמות הזמן תהיה גדולה. לכן, חייבת להיות קבוצה של שיטות מדעיות לבדיקת מכשירים וחיזוי חיים כדי לספק למשתמשים ערבויות אמינות.
ישנן מספר דרכים לכשל של LD:
1
כישלון ראשוני
זה נגרם בדרך כלל מההתדרדרות המהירה של צמיחת DLD ו-DSD בלייזר בשלב מוקדם. זה משקף בעיקר את בעיות האיכות בתהליך הייצור. דגימות עם כשל ראשוני רגישות יותר להזדקנות מואצת תרמית ובעלות אנרגיית הפעלה תרמית נמוכה.
2
כישלון אקראי
זה נגרם על ידי גורמים חיצוניים כגון פריקה אלקטרוסטטית, תנודות זרם גדולות מיידיות, רעידות מכניות וכו'. סוג זה של מכשיר אינו מראה שום סימן לפני כשל.
3
כישלון איטי
המאפיין שלו הוא שהפרמטרים האופייניים של הלייזר משתנים לאט עם הזמן. כישלון זה עתיד לבוא והוא סוף חיי העבודה של המכשיר.
המשימה שלנו היא לבטל ככל האפשר תקלות ראשוניות ולמנוע תקלות אקראיות ככל האפשר. קבע שיטה שיכולה לקבוע כשלים איטיים בזמן קצר יותר, שהיא מבחן ההזדקנות המואצת.
מה שנקרא ההזדקנות המואצת נועד להאיץ את השפלה של המכשיר בתנאים קשים יותר או בתנאי לחץ יתר. לאחר מכן, הנתונים המהימנים המתקבלים בתנאים הקשים הללו מוחלפים כדי לקבל את ערך חיי העבודה בתנאים רגילים.
האם בדיקת ההזדקנות המואצת מצליחה, המדעיות וההתייחסות של הנתונים, המפתח טמון בקביעת התנאים המשמשים להזדקנות.
אנו יודעים שאמינות העבודה של מוליכים למחצה LD קשורה קשר הדוק לפרמטרי העבודה שלו ולתנאי העבודה החיצוניים שלו. עם עליית טמפרטורת הצומת, חיי העבודה הרציפים יורדים, זרם העבודה גדל, והלייזר קל להתפרק. עוצמת הקרינה במהלך הפעולה עולה, מה שמאיץ גם את תהליך הפירוק. לכן, ניתן לבחור בפרמטרים אלו כתנאים לבדיקת ההזדקנות או הפרמטרים לבחינת השינויים בהם.
הסקר ובדיקת החיים של LD משתמשים לעתים קרובות בשיטות הזדקנות מואצות בטמפרטורה גבוהה. ומנגנון ההזדקנות המואצת בטמפרטורה גבוהה צריך להיות זהה למנגנון השפלה תחת טמפרטורת עבודה רגילה. רק בדרך זו, החיים הצפויים המופקעים יכולים להיות אמינים.
הקשר בין זרם העבודה והזמן של הלייזר InGaAsP לאחר הזדקנות מואצת ב-60 מעלות צלזיוס
תנאי ההזדקנות לזמן זה הם: שמירה על טמפרטורת הסביבה של המכשיר ב-60 מעלות, הספק אופטי פלט חד-צדדי ב-5mW, והתבוננות בשינוי זרם העבודה עם זמן ההזדקנות. ניתן לראות מהאיור שב-500 עד 1000 השעות הראשונות, הזרם עולה במהירות, לאחר מכן מופיעה נקודת פיתול, ולאחר מכן הוא נוטה לרוויה.
על סמך תוצאות אלו, ניתן לסנן את המכשיר.
במצב הפירוק האיטי היחיד של המכשיר, הקשר בין חיי t של הלייזר המוליך למחצה והטמפרטורה T מציית לקשר Arrhenius האקספוננציאלי
Ea היא אנרגיית ההפעלה, ו-Kb הוא קבוע בולצמן. Ea נמדד על ידי דגימת קצב הפירוק. הקשר בין קצב הפירוק Rt לבין הטמפרטורה תואם גם את הקשר Arrhenius
בדרך כלל, ניתן להשיג את אנרגיית ההפעלה Ea של הדגימה על ידי שמירה על הספק אופטי פלט קבוע ובדיקת קצב השפלה בטמפרטורות הזדקנות שונות.
dI/dt מתאים לערך קצב השפלה לאחר נקודת הפיתול של I(t) באיור לעיל. באופן כללי, עבור לייזרים GaAlAs/GaAs, הערך הממוצע של Ea הוא בערך {{0}}.7eV; עבור לייזרים InGaAsP/InP, הערך הממוצע של Ea הוא בערך 1.0eV. תוחלת החיים היא בערך 10E5 ~ 10E6 שעות.
בנוסף, זמן ההזדקנות הממוצע הוא גם פרמטר חשוב למדידת האמינות של המוליך למחצה LD. זמן היישון ממוצע בטמפרטורת עבודה רגילה מתקבל גם על ידי בדיקת זמן היישון ממוצע ואנרגיית ההפעלה בתנאי יישון בטמפרטורה גבוהה, ולאחר מכן מחושב על ידי Arrhenius. קביעת זמן היישון הממוצע בתנאי יישון בטמפרטורה גבוהה מבוססת על שמירה על עוצמת היציאה החד-צדדית קבועה והגדלת הזרם ב-50% כתקן היישון.
שיטת החיזוי מבוססת המודל חוזה את חיי הלייזר על ידי הקמת מודל מתמטי של הלייזר ושילוב עקרון העבודה שלו, תכונות החומר, סביבת העבודה וגורמים נוספים. שיטה זו דורשת ידע מקצועי גבוה וכוח מחשוב, אך היא יכולה להשיג חיזוי מדויק של חיי הלייזר.
הכתובת שלנו
B-1507 Ruiding Mansion, No.200 Zhenhua Rd, Xihu District, 310030 Hangzhou, Zhejiang, China
מספר טלפון
0086 181 5840 0345
אֶלֶקטרוֹנִי
info@brandnew-china.com
