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朱振刚 日记

色谱仪,光谱仪,红外线分析器制造

 
 
 

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脉冲激光二极管  

2011-10-25 18:41:04|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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         能够发出脉冲激光。常见类型有单异质结构和双异质结构的GaAs激光二极管、多层异质结构AlGaAs/GaAs激光二极管和MOCVD InGaAs量子阱型激光二极管等。

脉冲激光二极管工作时通常占空比相对较低,因此平均功率较低,这样就可能达到更高的峰值功率。所以产生的热量并不很高。另一方面,连续波激光二极管要承受的热量比脉冲激光器激光器 的供应商高。这是由于在连续波工作期间,器件的热电阻电阻 的供应商使得结温度显着增加。

  所以连续波激光二极管一般需要很好的热沉封装和/或用热电致冷。

在低占空比情况下脉冲驱动连续波激光二极管的能力在二极管评测中很有用。其应用可划分为两个广泛领域。第一个是封装前通过/失败测试;第二个是器件特性评价。这两种应用都利用了脉冲方式驱动激光二极管不会产生大量热量的优点。可在热效应最小的情况下完成测试和特性评价。

  封装前测试

  对于这种应用,低占空比的脉冲可用于半导体制造工艺后的晶圆或条级测试。单点光测量或 L/I 曲线(光输出 vs.驱动电流)能用来“预筛选”工艺处理后的晶圆。它能将有缺陷的晶圆在花费不匪的切割和封装操作之前就清除掉,建立制造工艺的成品率数目和性能。(注意对于这些测试相对测量比绝对精度更重要。)

  特性测试

  脉冲测试的第二个应用领域是对封装好的器件的特性测试。很多关于激光二极管特性的工业文档既推荐连续波测试也推荐脉冲波测试。(贝尔交流研究出版的题为“光电器件可靠性保证实践”的技术咨询文档 TA-TSY-000983 就是这样。)通过比较脉冲和连续波工作方式,可以评测像输出功率、波长和阈值电流这样一些与温度相关的参数。

  这些曲线既表示了低占空比脉冲模式,又表示了连续波工作模式。连续波曲线阈值电流的增加和斜率效率的略微减少(与脉冲曲线比较)主要是由器件热电阻引起的结温度上升造成。(脉冲 L/I 曲线所用的脉宽一般为 100 至 500ns,占空比小于百分之一,因此热效应不明显。)脉冲与连续波L/I曲线的比较也可用来检验芯片/封装界面的热传输质量。通过计算连续波工作模式下的等效结温上升可确定温度系数。这种测试方法比温度周期变化要快得多。还有连续波和脉冲 L/I 曲线间的差别异常大时可能说明芯片连接不好或是有结渗漏,这通常意味着激光器质量不佳。

  绝对精度对于这些测试应用很重要。由于需要对连续波性能进行修正,脉冲驱动幅度必须很精确。对任何测试应用而言,可重复性也是很重要的。

为得到精确和可重复的结果,脉冲测试需要格外细致。随着速度增加,出现了连续波测试装置中不会出现的附加噪声(与时间相关)。下面的篇幅列出了所关心的方面,也提供了一些对安全成功地完成激光二极管测试有用的建议。

  阻抗匹配

  高速脉冲驱动激光二极管时,要考虑到正常的传输线路影响。为达到例如 10ns 这样的上升时间,缆线带宽必须在 100MHZ以上。在这些频率下,用传输线路理论来确定系统性能。为正确传输高速脉冲,保持系统的受控阻抗是一个基本考虑。为保持激光二极管或负载有干净的脉冲波形,到二极管的缆线必须适当端接。如果系统有部分阻抗不同,由于结上信号的反射会造成输出功率的损失。

  这些反射会在传输线路上产生固定波图案,表现为脉冲上的瞬时扰动。这种情况下会使激光器畸变甚至损坏。

  动态阻抗

  激光二极管的阻抗很复杂,可以作一些假设来简化。它本质上是非线性的。任何匹配都要应用于特定场合。激光二极管接通时会呈现高阻抗,然后突然变成低阻抗。

  这种现象易引起脉冲上升期间的误差。必须与传输线路匹配的是低阻抗部分。 “开”电阻(Ron)的典型值范围是从 1/2Ω到 20Ω。总的负载匹配阻抗应为 50Ω,因此如上所述需与阴极(同轴电缆中心导线)串接一个值为(50- Ron)欧姆的端接电阻。用曲线记录装置或测试系统得到的I/V曲线很容易确定 Ron 的值。或者,手动测量电压拐点上的两个点也可确定:Ron =(V1-V2)/(I1-I2).当然对于阻值随电压、频率或温度显着变化的激光器,会存在某种程度的很难消除的失配或误差。

  安装/固定

  考虑到要被脉冲驱动的激光二级管的安装,两个问题很重要。第一,到二极管的阻抗必须是可控的。这通常用有着相对短的引线的 50Ω传输缆线来实现。第二,加在二极管上的电容必须最小。考虑到封装电容时这尤其重要,因为二极管的阳极或阴极通常连接到表壳。电流被脉冲驱动时,阴极上的电压波形是方波。若阴极连到表壳,(或更糟,连到表壳、安装架、光学平台和地),这些结构间的寄生电容会使上升时间缓慢,或产生杂散信号干扰,使得结果的可重复性变差。

  电源地电容好的电源有一个浮地输出端。这意味着电源可以连接到一个电势与地不同的负载上。对于直流电压和电流源,可通过隔离内部电路地和实际地来实现。在脉冲电源情况下,从电路地到实际地的容性耦合(通常通过变压器绕组)会引起脉冲输出减少。当电路地必须随着实际地以与脉冲上升时间相同的速度变化时会这样。变压器和机壳的杂散电容会降低脉冲响应。大多数情况下可修改测试装置的配置来弥补。(电源线路连接上的隔离变压器通常会减小这些效应。)

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