يعد عمر ليزر أشباه الموصلات عاملاً حاسماً. في التطبيقات المختلفة، يجب ضمان عمر عمل طويل بما فيه الكفاية، خاصة في اتصالات الكابلات الضوئية البحرية والاتصالات عبر الأقمار الصناعية، حيث يجب أن يصل العمر الافتراضي إلى 20-30 سنة. يتراوح العمر الافتراضي العام لليزر من بضعة آلاف من الساعات إلى مئات الآلاف من الساعات. يعتمد العمر المحدد على نوع الليزر ومدى جودة صيانته. على سبيل المثال، يمكن أن يصل العمر النظري لليزر الألياف إلى أكثر من 100,000 ساعة، في حين أن العمر النظري لليزر ثاني أكسيد الكربون هو 12,000 ساعة.
تتضمن طرق اختبار موثوقية عمر الليزر بشكل أساسي طريقة القياس المباشر وطريقة اختبار التقادم المتسارع وطريقة التنبؤ القائمة على النموذج.
تتمثل طريقة القياس المباشر في تشغيل الليزر بشكل مستمر لفترة طويلة وتسجيل التغييرات في المعلمات الرئيسية مثل طاقة الخرج والطول الموجي حتى لا يتمكن الليزر من إخراج الليزر بشكل ثابت. وعلى الرغم من أن هذه الطريقة مباشرة، إلا أنها تستغرق وقتًا طويلاً وقد تتأثر بعوامل مختلفة مثل بيئة الاختبار وأدوات الاختبار.
الخطوات المحددة لطريقة القياس المباشر هي كما يلي:
1
قم بتشغيل الليزر بشكل مستمر لفترة طويلة وقم بتسجيل التغييرات في المعلمات الرئيسية مثل طاقة الخرج والطول الموجي.
2
لاحظ التغيرات في أداء الليزر بمرور الوقت حتى لا يتمكن الليزر من الإخراج بشكل ثابت.
3
تقييم عمر وموثوقية الليزر من خلال تحليل البيانات المسجلة
إذا تم اختبار الحياة مباشرة في ظل ظروف العمل، فسوف يستغرق الأمر وقتًا طويلاً للغاية وسيكون مقدار الوقت كبيرًا. ولذلك لا بد من وجود مجموعة من الأساليب العلمية لفحص الأجهزة والتنبؤ بالحياة لتوفر للمستخدمين ضمانات موثوقة.
هناك عدة طرق لفشل LD:
1
الفشل الأولي
يحدث هذا عادةً بسبب التدهور السريع لنمو DLD وDSD في الليزر في المرحلة المبكرة. إنه يعكس بشكل أساسي مشاكل الجودة في عملية التصنيع. تكون العينات ذات الفشل الأولي أكثر حساسية للشيخوخة الحرارية المتسارعة ولها طاقة تنشيط حرارية منخفضة.
2
فشل عشوائي
يحدث هذا بسبب عوامل خارجية مثل التفريغ الكهروستاتيكي، وتقلبات التيار الكبيرة اللحظية، والاهتزازات الميكانيكية، وما إلى ذلك. ولا يظهر هذا النوع من الأجهزة أي علامات قبل الفشل.
3
الفشل البطيء
ما يميزه هو أن المعلمات المميزة لليزر تتغير ببطء مع مرور الوقت. ومن المقرر أن يأتي هذا الفشل وهو نهاية العمر التشغيلي للجهاز.
مهمتنا هي القضاء على حالات الفشل الأولية قدر الإمكان ومنع حالات الفشل العشوائية قدر الإمكان. إنشاء طريقة يمكنها تحديد حالات الفشل البطيئة في وقت أقصر، وهو اختبار الشيخوخة المتسارعة.
ما يسمى بالشيخوخة المتسارعة هو تسريع تدهور الجهاز في ظل ظروف أكثر قسوة أو ظروف الإجهاد الزائد. ثم يتم استقراء البيانات الموثوقة التي تم الحصول عليها في ظل هذه الظروف القاسية للحصول على قيمة الحياة العملية في ظل الظروف العادية.
ما إذا كان اختبار الشيخوخة المتسارعة ناجحا، والعلمية ومرجعية البيانات، فإن المفتاح يكمن في تحديد الشروط المستخدمة للشيخوخة.
نحن نعلم أن موثوقية عمل أشباه الموصلات LD ترتبط ارتباطًا وثيقًا بمعلمات عملها وظروف العمل الخارجية. مع زيادة درجة حرارة الوصلة، يقل عمر العمل المستمر، ويزيد تيار العمل، ويكون من السهل أن يتحلل الليزر. تزداد قوة الإشعاع أثناء التشغيل، مما يؤدي أيضًا إلى تسريع عملية التحلل. ولذلك، يمكن اختيار هذه المعلمات كشروط لاختبار الشيخوخة أو المعلمات لفحص تغييراتها.
غالبًا ما يستخدم الفحص واختبار الحياة لـ LD طرق الشيخوخة المتسارعة ذات درجة الحرارة العالية. ويجب أن تكون آلية الشيخوخة المتسارعة عند درجة الحرارة العالية هي نفس آلية التحلل تحت درجة حرارة العمل العادية. بهذه الطريقة فقط يمكن الاعتماد على الحياة المتوقعة المستقرة.
العلاقة بين تيار العمل ووقت ليزر InGaAsP بعد الشيخوخة المتسارعة عند 60 درجة مئوية
ظروف التقادم في هذا الوقت هي: الحفاظ على درجة الحرارة المحيطة بالجهاز عند 60 درجة، والطاقة الضوئية الناتجة من جانب واحد عند 5 ميجاوات، ومراقبة تغير تيار العمل مع وقت التقادم. ويتبين من الشكل أنه في أول 500 إلى 1000 ساعة، يزداد التيار بسرعة، ثم تظهر نقطة انعطاف، وبعد ذلك يميل إلى التشبع.
وبناء على هذه النتائج يمكن فحص الجهاز.
في وضع التحلل البطيء الفردي للجهاز، تخضع العلاقة بين العمر t لليزر شبه الموصل ودرجة الحرارة T لعلاقة أرينيوس الأسية
Ea هي طاقة التنشيط، وKb هو ثابت بولتزمان. يتم قياس Ea عن طريق أخذ عينات من معدل التحلل. العلاقة بين معدل التحلل Rt ودرجة الحرارة تتوافق أيضًا مع علاقة أرينيوس
بشكل عام، يمكن الحصول على طاقة التنشيط Ea للعينة من خلال الحفاظ على طاقة ضوئية ثابتة للإخراج واختبار معدل التحلل عند درجات حرارة مختلفة للشيخوخة.
يتوافق dI/dt مع قيمة معدل التدهور بعد نقطة انعطاف I(t) في الشكل أعلاه. بشكل عام، بالنسبة لأشعة الليزر GaAlAs/GaAs، يبلغ متوسط قيمة Ea حوالي {{0}}.7eV؛ بالنسبة لأشعة الليزر InGaAsP/InP، يبلغ متوسط قيمة Ea حوالي 1.0 فولت. العمر حوالي 10E5 ~ 10E6 ساعات.
بالإضافة إلى ذلك، يعد متوسط وقت التعتيق أيضًا معلمة مهمة لقياس موثوقية أشباه الموصلات LD. يتم أيضًا الحصول على متوسط وقت التعمير في ظل درجة حرارة العمل العادية عن طريق اختبار متوسط وقت التعمير وطاقة التنشيط في ظل ظروف التعتيق ذات درجة الحرارة المرتفعة، ومن ثم يتم حسابه بواسطة Arrhenius. يعتمد تحديد متوسط وقت التعتيق في ظل ظروف التعتيق ذات درجات الحرارة المرتفعة على الحفاظ على ثبات طاقة الخرج أحادية الجانب وزيادة التيار بنسبة 50% كمعيار التقادم.
تتنبأ طريقة التنبؤ المبنية على النموذج بعمر الليزر من خلال إنشاء نموذج رياضي لليزر والجمع بين مبدأ عمله وخصائص المواد وبيئة العمل وعوامل أخرى. تتطلب هذه الطريقة معرفة مهنية عالية وقدرة حاسوبية، ولكنها يمكن أن تحقق تنبؤًا دقيقًا بعمر الليزر.
عنواننا
B-1507 قصر Ruiding، رقم 200 طريق Zhenhua، منطقة Xihu، 310030 Hangzhou، Zhejiang، الصين
رقم التليفون
0086 181 5840 0345
بريد إلكتروني
info@brandnew-china.com
