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脈沖激光二極管
閱讀�8510時間�2011-04-21 16:24:13

  脈沖激光二極管是用脈沖電源來驅(qū)動的激�二極�,能夠發(fā)出脈沖激�。常見類型有單異�(zhì)�(jié)�(gòu)和雙異質(zhì)�(jié)�(gòu)的GaAs激光二極管、多層異�(zhì)�(jié)�(gòu)AlGaAs/GaAs激光二極管和MOCVD InGaAs量子阱型激光二極管等�

特點

  脈沖激光二極管工作時通常占空比相對較�,因此平均功率較低,這樣就可能達(dá)到更高的峰值功�。所以產(chǎn)生的熱量并不很高。另一方面,連續(xù)波激光二極管要承受的熱量比脈沖激光器�。這是由于在連續(xù)波工作期�,器件的熱電阻使得結(jié)溫度顯著增加�

  所以連續(xù)波激光二極管一般需要很好的熱沉封裝�/或用熱電致冷�

脈沖�(qū)動激光二極管的必要�

  在低占空比情況下脈沖�(qū)動連續(xù)波激光二極管的能力在二極管評測中很有�。其�(yīng)用可劃分為兩個廣泛領(lǐng)�。個是封裝前通過/失敗測試;第二個是器件特性評�。這兩種應(yīng)用都利用了脈沖方式驅(qū)動激光二極管不會�(chǎn)生大量熱量的�(yōu)�??稍跓嵝�?yīng)最小的情況下完成測試和特性評��

  封裝前測�

  對于這種�(yīng)�,低占空比的脈沖可用于半�(dǎo)體制造工藝后的晶圓或條級測試。單點光測量� L/I 曲線(光輸� vs.�(qū)動電�)能用來“預(yù)篩選”工藝處理后的晶�。它能將有缺陷的晶圓在花費不匪的切割和封裝操作之前就清除�,建立制造工藝的成品率數(shù)目和性能�(注意對于這些測試相對測量比精度更重要�)

  特性測�

  脈沖測試的第二個應(yīng)用領(lǐng)域是對封裝好的器件的特性測�。很多關(guān)于激光二極管特性的工業(yè)文檔既推薦連續(xù)波測試也推薦脈沖波測試�(貝爾交流研究出版的題為“光電器件可靠性保證實踐”的技�(shù)咨詢文檔 TA-TSY-000983 就是這樣�)通過比較脈沖和連續(xù)波工作方�,可以評測像輸出功率、波長和閾值電流這樣一些與溫度相關(guān)的參�(shù)�

  這些曲線既表示了低占空比脈沖模式,又表示了連續(xù)波工作模�。連續(xù)波曲線閾值電流的增加和斜率效率的略微減少(與脈沖曲線比�)主要是由器件熱電阻引起的�(jié)溫度上升造成�(脈沖 L/I 曲線所用的脈寬一般為 100 � 500ns,占空比小于百分之一,因此熱效應(yīng)不明��)脈沖與連續(xù)波L/I曲線的比較也可用來檢驗芯�/封裝界面的熱傳輸�(zhì)�。通過計算連續(xù)波工作模式下的等效結(jié)溫上升可確定溫度系數(shù)。這種測試方法比溫度周期變化要快得多。還有連續(xù)波和脈沖 L/I 曲線間的差別異常大時可能說明芯片連接不好或是有結(jié)滲漏,這通常意味著激光器�(zhì)量不佳�

  精度對于這些測試�(yīng)用很重要。由于需要對連續(xù)波性能�(jìn)行修正,脈沖�(qū)動幅度必須很精確。對任何測試�(yīng)用而言,可重復(fù)性也是很重要��

相關(guān)問題

  為得到精確和可重�(fù)的結(jié)�,脈沖測試需要格外細(xì)�。隨著速度增加,出�(xiàn)了連續(xù)波測試裝置中不會出現(xiàn)的附加噪�(與時間相�(guān))。下面的篇幅列出了所�(guān)心的方面,也提供了一些對安全成功地完成激光二極管測試有用的建議�

  阻抗匹配

  高速脈沖驅(qū)動激光二極管�,要考慮到正常的傳輸線路影響。為�(dá)到例� 10ns 這樣的上升時�,纜線帶寬必須在 100MHZ以上。在這些頻率�,用傳輸線路理論來確定系�(tǒng)性能。為正確傳輸高速脈沖,保持系統(tǒng)的受控阻抗是一個基本考慮。為保持激光二極管或負(fù)載有干凈的脈沖波�,到二極管的纜線必須適當(dāng)端接。如果系�(tǒng)有部分阻抗不�,由于結(jié)上信號的反射會造成輸出功率的損��

  這些反射會在傳輸線路上產(chǎn)生固定波圖案,表�(xiàn)為脈沖上的瞬時擾�。這種情況下會使激光器畸變甚至損壞�

  動態(tài)阻抗

  激光二極管的阻抗很�(fù)�,可以作一些假�(shè)來簡化。它本質(zhì)上是非線性的。任何匹配都要應(yīng)用于特定場合。激光二極管接通時會呈�(xiàn)高阻�,然后突然變成低阻抗�

  這種�(xiàn)象易引起脈沖上升期間的誤�。必須與傳輸線路匹配的是低阻抗部分� “開”電�(Ron)的典型值范圍是� 1/2Ω� 20Ω??偟�?fù)載匹配阻抗應(yīng)� 50Ω,因此如上所述需與陰�(同軸電纜中心�(dǎo)�)串接一個值為(50- Ron)歐姆的端接電阻。用曲線記錄裝置或測試系�(tǒng)得到的I/V曲線很容易確� Ron 的�。或�,手動測量電壓拐點上的兩個點也可確定:Ron �(V1-V2)/(I1-I2).�(dāng)然對于阻值隨電壓、頻率或溫度顯著變化的激光器,會存在某種程度的很難消除的失配或誤��

  安裝/固定

  考慮到要被脈沖驅(qū)動的激光二級管的安�,兩個問題很重要�,到二極管的阻抗必須是可控的。這通常用有著相對短的引線的 50Ω傳輸纜線來實�(xiàn)。第�,加在二極管上的電容必須最�??紤]到封裝電容時這尤其重�,因為二極管的陽極或陰極通常連接到表�。電流被脈沖�(qū)動時,陰極上的電壓波形是方波。若陰極連到表殼�(或更糟,連到表殼、安裝架、光�(xué)平臺和地),這些�(jié)�(gòu)間的寄生電容會使上升時間緩慢,或�(chǎn)生雜散信號干擾,使得�(jié)果的可重�(fù)性變��

  電源地電容好的電源有一個浮地輸出端。這意味著電源可以連接到一個電勢與地不同的�(fù)載上。對于直流電壓和電流�,可通過隔離�(nèi)部電路地和實際地來實�(xiàn)。在脈沖電源情況下,從電路地到實際地的容性耦合(通常通過變壓器繞�)會引起脈沖輸出減�。當(dāng)電路地必須隨著實際地以與脈沖上升時間相同的速度變化時會這樣。變壓器和機(jī)殼的雜散電容會降低脈沖響�(yīng)。大多數(shù)情況下可修改測試裝置的配置來彌補(bǔ)�(電源線路連接上的隔離變壓器通常會減小這些效應(yīng)�)

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