半导体激光器退化测试与寿命预测实验平台制造技术

技术编号:14691321 阅读:15 留言:0更新日期:2017-02-23 13:58
本发明专利技术提供了一种半导体激光器退化测试与寿命预测实验平台,包括计算机分析系统、半导体激光器驱动控制系统和数据传输系统。所述计算机分析系统通过数据传输系统接收半导体激光器的状态数据并做计算和分析,实现曲线绘制、退化测试和寿命预测等功能;所述半导体激光器驱动控制系统通过数据传输系统接收并解析参数设置和模式控制数据包,对半导体激光器调制电流、偏置电流、光功率和温度的控制。本发明专利技术在不影响半导体激光器正常调制工作的前提下,能够对其退化表征参数进行测试,并能采集工作中的电流、电压、温度应力进行寿命预测,实验平台能够用于半导体激光器出厂测试、光电子器件特性和激光通信的实验和教学科研。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种一体化测试与分析平台;尤其涉及半导体激光器退化测试与寿命预测实验平台
技术介绍
半导体激光器广泛应用于激光通信、材料加工、医疗和军事等深刻影响国民经济和国防建设的领域。作为光学设备核心部件,半导体激光器的退化和寿命是设计和使用过程中重点考虑的问题之一。在设计和生产阶段,主要通过可靠性评价半导体激光器性能,产品生产出来后其性能也相应确定;但在使用阶段,随着半导体激光器使用条件和使用环境的不同,其退化机理和寿命也相对出厂平均标准发生改变。因此,如果能设计一套系统能够在不影响半导体激光器正常调制工作的条件下对退化进行测试和寿命进行预测,这样可以提高半导体激光器使用过程中的智能化水平,还能为出厂测试和寿命评估以及科研、教学提供很大的便利。经对现有技术的文献检索发现,半导体激光器退化机理主要包括有源区缺陷生长、腔面氧化和电极退化等方面。在不影响半导体激光器工作的条件下,退化位置和程度难以被直接观察,测量退化表征参数是解决这个问题的重要途径。阈值电流和I-P曲线斜率是两个激光器退化重要的表征参数,但是这两个参数的测试相对困难,为此论文《多功能半导体激光器参数测试系统的设计与实现》(汤方毅,2012年)设计了一套半导体激光器参数测试系统,该测试系统利用单片机控制半导体激光器电流从零增大到正常工作电流并实时发送光功率和其他参数到计算机进行绘图自动求取这两个退化参数。半导体激光器退化到一定的门限后会发生失效从而达到其使用寿命,半导体激光器退化的速率受到工作电流、温度、光功率等因素的影响,论文《Lifepredictionof808nmhighpowersemiconductorlaserbyacceleratedlifetestofconstantcurrentstress》(基于恒流加速寿命实验的808nm半导体激光器寿命预测研究,2015年)提出了一种基于加速寿命实验的半导体激光器寿命预测方法,该方法利用在不同电流条件下加速寿命实验数据递推半导体激光器的各种电流下的寿命值。现有退化测试平台和寿命预测的方法主要存在以下不足:1)参数测量系统在对退化参数进行测试时,半导体激光器处于非正常工作状态,这在一定程度上影响了整体的测试效果;2)寿命预测采用加速寿命实验数据进行拟合分析,这种预测方法主要针对单一电流工作条件的半导体激光器,而实际工作中的半导体激光器可能受到交变电流和环境温度应力的作用,不适合采用这种方法进行寿命预测;3)寿命预测方法与退化机理缺乏有效联系,也没有专门针对退化参数测试和使用寿命预测算法的平台。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种专用于半导体激光器退化测试和寿命预测的实验平台,使其在不影响半导体激光器正常调制工作的前提下,能够对其退化表征参数进行测试,并能采集工作中的电流、电压、温度应力进行寿命预测,实验平台能够用于半导体激光器出厂测试、光电子器件特性和激光通信的实验和教学科研。本专利技术是通过以下技术方案实现的,本专利技术包括计算机分析系统、数据传输系统和半导体激光器驱动控制系统三部分组成,计算机分析系统通过数据传输系统发送参数设置和模式控制数据到半导体激光器驱动控制系统,半导体激光器驱动控制系统通过数据传输系统再将状态数据发送回计算机分析系统,从而实现了半导体激光器的实时控制和测试。其中:所述计算机分析系统提供与数据传输系统的接口,将参数设置和模式控制数据合成数据包进行发送,另外还能接收半导体激光器的状态数据并做计算和分析,实现曲线绘制、退化测试和寿命预测三部分功能;所述数据传输系统主要实现数据的传输功能,根据不同的通信要求具备无线和有线、USB和232接口等多种方式;所述半导体激光器驱动控制系统为该平台的终端,主要包括传感器(主要是电流和温度传感器)和半导体激光器驱动电路。传感器测量半导体激光器的状态参数合成数据包向外发送,并能解析发送来的参数设置和模式控制数据包,输出为对半导体激光器调制电流、偏置电流、光功率和温度的控制。所述计算机分析系统是实验平台的分析中心,它提供界面交互式的控制和分析系统。针对平台退化测试和寿命预测的主要功能,所述计算机分析系统主要分为两大模块-控制模块和分析模块。所述控制模块主要包括两种模式:1)参数设置;2)模式控制。参数设置模式主要对半导体激光器工作温度To、偏置电流Ibias、调制电流Imod和光功率P进行设置;模式控制主要是针对基本参数测试、加速退化、退化测试和寿命预测的功能,设置不同的参数设定方案和界面方案。所述分析模块主要包括三种模式:1)曲线绘制模式;2)退化测试模式;3)寿命预测模式。曲线绘制模式是配合直观的激光器参数测试和特性分析而设计,主要包括半导体激光器I-P曲线、I-V曲线和退化曲线三类,曲线的绘制是结合实验平台的实时控制特性进行实时的绘制;退化测试模式是针对半导体激光器光功率P、阈值电流Ith和斜率效率ηk的测试,通过测试调制模式下的半导体激光器光功率(P0/P1,逻辑0和1下的光功率),计算表征退化的阈值电流Ith和斜率效率ηk,此外把温度T和偏置电流Ibias作为应力加速半导体激光器退化并实时测试退化表征参数,作为退化机理研究的辅助工具;寿命预测模式主要是在半导体激光器全寿命周期对其所受到的温度T、调制电流Imod、偏置电流Ibias应力累积损伤进行监测,结合不同的退化机理,将不同参数作为表征参数,结合退化模型,对实际工作的半导体激光器进行寿命的预测。所述数据传输系统主要包括传输介质、传输接口和传输协议三部分,传输介质根据安装环境和通信速率要求具有无线和有线两种方式,无线方式主要用于安装环境不好不便于接线或实验平台需要经常移动的情况下,无线方式限制于中低速数据传输,有线方式反之,主要用于高速数据传输。传输接口在计算机分析系统和半导体激光器驱动控制系统中都有,依赖于传输介质的不同主要包括USB接口(有线方式)和232接口(无线方式);传输协议是数据传输的规则,主要包括数据包的格式、校验方式和传输方式等。所述数据传输系统主要进行实现计算机分析系统和半导体激光器驱动控制系统的数据传输。所述半导体激光器驱动控制系统由传感器模块、单片机模块、驱动电路模块、半导体激光器与光电二极管模块、温控与夹具模块、电源模块等组成。传感器模块主要包括电流传感器,电压传感器和温度传感器,主要测量半导体激光器的各项工作参数,包括偏置电流Ibias、调制电流Imod、端电压Vth、光功率P、温度T;单片机模块将传感器获取的参数数据按照设计的传输协议打包后传输给计算机分析系统,并能接收计算机分析系统的参数设置和模式控制数据作用到驱动电路模块和温控模块;驱动电路模块主要包含激光器恒功率控制电路、直流偏置电路、调制电路和相应的保护电路组成,是半导体激光器驱动控制系统的主要执行机构;半导体激光器和光电二极管是本系统的作用对象,也是开展研究的重要对象,半导体激光器发出的光经过光电二极管转换为光电流从而达到测试光功率的目的;温控与夹具模块主要对半导体激光器模块进行温度测试与控制;电源模块负责本系统中其它需要电源的模块的稳定供电。基于以上思路,本专利技术半导体激光器驱动控制系统从外观上看是电路板和夹具组成的立方体。本专利技术可以取得以下有益效果:1.专用性强,本文档来自技高网
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半导体激光器退化测试与寿命预测实验平台

【技术保护点】
一种半导体激光器退化测试与寿命预测实验平台,包括计算机分析系统、半导体激光器驱动控制系统和数据传输系统;所述计算机分析系统包括控制模块、分析模块;所述控制模块包括两种模式:参数设置、模式控制;所述参数设置对半导体激光器工作温度To、偏置电流Ibias、调制电流Imod和光功率P进行设置;所述模式控制针对基本参数测试、加速退化、退化测试和寿命预测四个功能,设置不同的参数设定方案和界面方案;所述分析模块包括三种模式:曲线绘制模式、退化测试模式、寿命预测模式;所述曲线绘制模式用于激光器参数测试和特性分析,包括半导体激光器I‑P曲线、I‑V曲线和退化曲线的实时绘制;退化测试模式通过测试调制模式下的逻辑0和1的半导体激光器光功率P0/P1,计算表征退化的阈值电流Ith和斜率效率ηk,并把温度T和偏置电流Ibias作为应力加速半导体激光器退化并实时测试退化表征参数;寿命预测模式通过在半导体激光器全寿命周期内对半导体激光器所受到的温度T、调制电流Imod、偏置电流Ibias应力的累积损伤进行监测,结合退化模型对半导体激光器进行寿命的预测;所述半导体激光器驱动控制系统由传感器模块、单片机模块、驱动电路模块、半导体激光器与光电二极管模块、温控与夹具模块、电源模块组成;所述传感器模块包括电流传感器、电压传感器和温度传感器,测量半导体激光器的各项工作参数,包括偏置电流Ibias、调制电流Imod、端电压Vth、光功率P、温度T;所述单片机模块将传感器获取的参数数据按照设计的传输协议打包后传输给计算机分析系统,并能接收计算机分析系统的参数设置和模式控制数据作用到驱动电路模块和温控模块;所述驱动电路模块包括激光器恒功率控制电路、直流偏置电路、调制电路和保护电路;所述半导体激光器和光电二极管模块将半导体激光器发出的光经过光电二极管转换为光电流;温控与夹具模块对半导体激光器模块进行温度测试与控制;电源模块对需要电源的模块的稳定供电;所述数据传输系统包括传输介质、传输接口和传输协议;所述传输介质具有无线和有线两种方式;所述传输接口包括USB接口和232接口;所述传输协议包括数据包的格式、校验方式和传输方式;所述数据传输系统主要进行实现计算机分析系统和半导体激光器驱动控制系统的数据传输;所述计算机分析系统通过所述数据传输系统发送参数设置和模式控制数据到所述半导体激光器驱动控制系统;所述半导体激光器驱动控制系统通过所述数据传输系统再将状态数据发送回所述计算机分析系统,实现半导体激光器的实时控制和测试。...

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器退化测试与寿命预测实验平台,包括计算机分析系统、半导体激光器驱动控制系统和数据传输系统;所述计算机分析系统包括控制模块、分析模块;所述控制模块包括两种模式:参数设置、模式控制;所述参数设置对半导体激光器工作温度To、偏置电流Ibias、调制电流Imod和光功率P进行设置;所述模式控制针对基本参数测试、加速退化、退化测试和寿命预测四个功能,设置不同的参数设定方案和界面方案;所述分析模块包括三种模式:曲线绘制模式、退化测试模式、寿命预测模式;所述曲线绘制模式用于激光器参数测试和特性分析,包括半导体激光器I-P曲线、I-V曲线和退化曲线的实时绘制;退化测试模式通过测试调制模式下的逻辑0和1的半导体激光器光功率P0/P1,计算表征退化的阈值电流Ith和斜率效率ηk,并把温度T和偏置电流Ibias作为应力加速半导体激光器退化并实时测试退化表征参数;寿命预测模式通过在半导体激光器全寿命周期内对半导体激光器所受到的温度T、调制电流Imod、偏置电流Ibias应力的累积损伤进行监测,结合退化模型对半导体激光器进行寿命的预测;所述半导体激光器驱动控制系统由传感器模块、单片机模块、驱动电路模块、半导体激光器与光电二极管模块、温控与夹具模...

【专利技术属性】
技术研发人员:王贵山杨鹏邱静刘冠军吕克洪张勇谢皓宇沈亲沐季明江赵志傲吴超李乾李华康代岳
申请(专利权)人:中国人民解放军国防科学技术大学
类型:发明
国别省市:湖南;43

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