新方法改进了激光二极管的检测

2009/7/15/10:2来源:通信世界网作者:PaulMeyer
    电信用高功率激光二极管的检测存在一些误差源。 

  这些误差源包括耦合高电流脉冲、光探测器耦合、探测器本身的慢速响应和误差。处理好这些问题,就可以缩短测试时间、提高测试的准确性,降低不合格率。 

  LIV曲线 

  激光二极管的基本检测是光-电流-电压(LIV)曲线,即同时测量电和光的输出功率特性。这种测试可以在生产的任何阶段进行,但首先用于激光二极管的挑选,即提前排除坏的二极管。 

  对被测器件进行电流扫描,记录每一步扫描的电压,同时,使用仪表监测光输出功率。这个测试最好以脉冲方式在生产初期,在激光二极管被装进模块之前进行。此时,二极管仍处于原始状态,脉冲检测是必要的,因为此时组件没有温度控制电路。如果用直流电测试,至少会改变它们的特性,最坏会将它们损坏。在随后的生产中,当它们被安装在有温度控制的模块中时,可用直流电进行测试,结果可与脉冲测试对比。另外,一些二极管能通过直流测试但不能通过脉冲测试。 

  分析LIV测试数据可以确定激光器的特性,包括产生激光的临界电流、量子效率和输出的非线性特性(图1)。 

  检测激光二极管需要一个恰当形式的电流脉冲。它应尽快地达到满电流状态,并保持足够长时间的平稳,以确保结果的准确。在最初阶段的测试中,一般使用宽度为0.5ms到1ms的脉冲。电流变化范围从几十毫安到5安培。 

阻抗匹配 

  要传递高速电流脉冲给激光二极管,同时要避免反射问题,一般认为可以选用传输线——例如一段同轴电缆。但最常用的那种同轴电缆有50Ω的阻抗,而二极管的阻抗大约为2Ω,很不匹配。尽管可以串联一个48Ω的电阻,但这样将产生新的问题;50Ω的系统通过5A电流将需要250V的电压,这对于人和设备都是十分危险的。此外,由于激光器的动态电阻随电流增大而减少,所以测试条件随测试进程而改变。 

  使用低阻抗同轴电缆可能是一个有效的解决办法,但这样做会改变激光二极管的动态电阻。另外一个办法是:用两根10Ω的同轴电缆连接激光二极管,在电缆两端施加脉冲电流(图2)。这样,对二极管施加小于10V的电压就可产生5A电流。因为系统有电流源,避免了二极管动态电阻改变带来的问题。 

  即使最仔细地对阻抗进行匹配,也不可能完美,因此使用尽可能短的传输线是很实际的方法。这也是为了将连接激光二极管的回路面积减少到最小。 

电测量 

  在激光二极管上加上高速脉冲时,测量它的电压和电流不太容易。用阴极射线管探测器来测量电压也会引发问题,其中一个问题是如何接地。探测器的频率范围必须达到1GHz。 

  电流测量就简单一点。用一个低值电阻器(阻值低于激光二极管的电阻)与二极管串联就能进行测量,但要求电阻器的电容和电感系数很低。绕线电阻器有电感损耗,所以不适于高频测试。 

  选择光探测器 

  现有三种常用探测器材料:硅、锗和铟镓砷(InGaAs),每一种有它自己的优点和缺点。如图3所示,探测器的选择很大程度上取决于它所适应的波长。当波长小于800nm时,硅是唯一的选择。但电信领域中常用的波长在1300nm到1700nm之间,这时铟镓砷是最好的,因为它的响应特性在此区间非常平稳。然而,铟镓砷对脉冲的响应存在问题。为避免激光二极管过热,最好用足够短的脉冲来测试,但铟镓砷探测器却需要足够长的时间来达到某种稳定状态。 

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