सेमीकंडक्टर लेजर का जीवन एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है। विभिन्न अनुप्रयोगों में, पर्याप्त रूप से लंबे कामकाजी जीवन को सुनिश्चित किया जाना चाहिए, विशेष रूप से पनडुब्बी ऑप्टिकल केबल संचार और उपग्रह संचार में, जहां जीवनकाल को 20-30 वर्ष तक पहुंचने की आवश्यकता होती है। लेज़रों का सामान्य जीवनकाल कुछ हज़ार घंटों से लेकर सैकड़ों हज़ार घंटों तक होता है। विशिष्ट जीवनकाल लेज़र के प्रकार और इसे कितनी अच्छी तरह बनाए रखा जाता है, इस पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, एक फ़ाइबर लेज़र का सैद्धांतिक जीवनकाल 100,000 घंटे से अधिक तक पहुंच सकता है, जबकि एक CO2 लेज़र का सैद्धांतिक जीवनकाल 12,000 घंटे है।
लेजरों की विश्वसनीयता जीवन परीक्षण विधियों में मुख्य रूप से प्रत्यक्ष माप विधि, त्वरित उम्र बढ़ने परीक्षण विधि और मॉडल-आधारित भविष्यवाणी विधि शामिल हैं।
प्रत्यक्ष माप विधि में लेज़र को लंबे समय तक लगातार चलाना और आउटपुट पावर और तरंग दैर्ध्य जैसे प्रमुख मापदंडों में परिवर्तन को रिकॉर्ड करना है जब तक कि लेज़र स्थिर रूप से लेज़र को आउटपुट न कर सके। यद्यपि यह विधि प्रत्यक्ष है, इसमें लंबा समय लगता है और यह परीक्षण वातावरण और परीक्षण उपकरणों जैसे विभिन्न कारकों से प्रभावित हो सकता है
प्रत्यक्ष माप पद्धति के विशिष्ट चरण इस प्रकार हैं:
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लेजर को लंबे समय तक लगातार चलाएं और इसकी आउटपुट पावर और तरंग दैर्ध्य जैसे प्रमुख मापदंडों में परिवर्तन को रिकॉर्ड करें।
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समय के साथ लेज़र के प्रदर्शन में परिवर्तनों का निरीक्षण करें जब तक कि लेज़र स्थिर रूप से आउटपुट न दे सके।
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रिकॉर्ड किए गए डेटा का विश्लेषण करके लेजर के जीवन और विश्वसनीयता का मूल्यांकन करें
यदि जीवन का परीक्षण सीधे कामकाजी परिस्थितियों में किया जाए, तो इसमें बहुत समय लगेगा और समय की मात्रा भी बड़ी होगी। इसलिए, उपयोगकर्ताओं को विश्वसनीय गारंटी प्रदान करने के लिए उपकरणों की स्क्रीनिंग और जीवन की भविष्यवाणी के लिए वैज्ञानिक तरीकों का एक सेट होना चाहिए।
एलडी के विफल होने के कई तरीके हैं:
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प्रारंभिक विफलता
यह आमतौर पर प्रारंभिक चरण में लेजर में डीएलडी और डीएसडी वृद्धि के तेजी से क्षरण के कारण होता है। यह मुख्य रूप से विनिर्माण प्रक्रिया में गुणवत्ता की समस्याओं को दर्शाता है। प्रारंभिक विफलता वाले नमूने थर्मल त्वरित उम्र बढ़ने के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं और उनमें कम थर्मल सक्रियण ऊर्जा होती है।
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आकस्मिक विफलता
यह बाहरी कारकों जैसे इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज, तात्कालिक बड़े वर्तमान उतार-चढ़ाव, यांत्रिक कंपन आदि के कारण होता है। इस प्रकार का उपकरण विफलता से पहले कोई संकेत नहीं दिखाता है।
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धीमी विफलता
इसकी विशेषता यह है कि लेज़र के विशिष्ट पैरामीटर समय के साथ धीरे-धीरे बदलते हैं। यह विफलता नियति है और डिवाइस के कामकाजी जीवन का अंत है।
हमारा कार्य प्रारंभिक विफलताओं को यथासंभव दूर करना और यादृच्छिक विफलताओं को यथासंभव रोकना है। एक ऐसी विधि स्थापित करें जो कम समय में धीमी विफलताओं का निर्धारण कर सके, जो कि त्वरित उम्र बढ़ने का परीक्षण है।
तथाकथित त्वरित उम्र बढ़ने का अर्थ अधिक कठोर परिस्थितियों या अत्यधिक तनाव की स्थिति में डिवाइस के क्षरण को तेज करना है। फिर इन कठोर परिस्थितियों में प्राप्त विश्वसनीय डेटा को सामान्य परिस्थितियों में कामकाजी जीवन मूल्य प्राप्त करने के लिए निकाला जाता है।
क्या त्वरित उम्र बढ़ने का परीक्षण सफल है, डेटा की वैज्ञानिकता और संदर्भशीलता, उम्र बढ़ने के लिए उपयोग की जाने वाली स्थितियों को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण है।
हम जानते हैं कि सेमीकंडक्टर एलडी की कामकाजी विश्वसनीयता इसके कामकाजी मापदंडों और बाहरी कामकाजी परिस्थितियों से निकटता से संबंधित है। जंक्शन तापमान में वृद्धि के साथ, निरंतर कार्यशील जीवन कम हो जाता है, कार्यशील धारा बढ़ जाती है, और लेजर को ख़राब करना आसान हो जाता है। ऑपरेशन के दौरान विकिरण शक्ति बढ़ जाती है, जिससे क्षरण प्रक्रिया भी तेज हो जाती है। इसलिए, इन मापदंडों को उम्र बढ़ने के परीक्षण के लिए शर्तों या उनके परिवर्तनों की जांच करने के लिए मापदंडों के रूप में चुना जा सकता है।
एलडी की स्क्रीनिंग और जीवन परीक्षण में अक्सर उच्च तापमान त्वरित उम्र बढ़ने के तरीकों का उपयोग किया जाता है। और उच्च तापमान त्वरित उम्र बढ़ने का तंत्र सामान्य कामकाजी तापमान के तहत गिरावट तंत्र के समान होना चाहिए। केवल इसी तरह से प्रत्याशित अपेक्षित जीवन विश्वसनीय हो सकता है।
60 डिग्री सेल्सियस पर त्वरित उम्र बढ़ने के बाद InGaAsP लेजर के कामकाजी वर्तमान और समय के बीच संबंध
इस समय के लिए उम्र बढ़ने की स्थितियाँ हैं: डिवाइस के परिवेश के तापमान को 60 डिग्री पर बनाए रखना, एकल-पक्षीय आउटपुट ऑप्टिकल पावर 5mW पर, और उम्र बढ़ने के समय के साथ कार्यशील धारा में परिवर्तन का अवलोकन करना। चित्र से देखा जा सकता है कि पहले 500 से 1000 घंटों में धारा तेजी से बढ़ती है, फिर एक विभक्ति बिंदु प्रकट होता है, और फिर यह संतृप्ति की ओर प्रवृत्त होता है।
इन परिणामों के आधार पर, डिवाइस की जांच की जा सकती है।
डिवाइस के एकल धीमे क्षरण मोड में, अर्धचालक लेजर के जीवन टी और तापमान टी के बीच संबंध घातीय अरहेनियस संबंध का पालन करता है
Ea सक्रियण ऊर्जा है, और Kb बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक है। ईए को गिरावट दर का नमूना लेकर मापा जाता है। गिरावट दर आरटी और तापमान के बीच का संबंध भी अरहेनियस संबंध के अनुरूप है
आम तौर पर, नमूने की सक्रियण ऊर्जा ईए को निरंतर आउटपुट ऑप्टिकल पावर बनाए रखने और विभिन्न उम्र बढ़ने के तापमान पर गिरावट दर का परीक्षण करके प्राप्त किया जा सकता है।
dI/dt उपरोक्त आंकड़े में I(t) के विभक्ति बिंदु के बाद गिरावट दर मान से मेल खाता है। आम तौर पर, GaAlAs/GaAs लेज़रों के लिए, Ea का औसत मान लगभग {{0}}.7eV होता है; InGaAsP/InP लेज़रों के लिए, Ea का औसत मान लगभग 1.0eV है। जीवनकाल लगभग 10E5~10E6 घंटे है।
इसके अलावा, सेमीकंडक्टर एलडी की विश्वसनीयता को मापने के लिए औसत उम्र बढ़ने का समय भी एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है। सामान्य कामकाजी तापमान के तहत औसत उम्र बढ़ने का समय भी उच्च तापमान उम्र बढ़ने की स्थिति के तहत औसत उम्र बढ़ने के समय और सक्रियण ऊर्जा का परीक्षण करके प्राप्त किया जाता है, और फिर अरहेनियस द्वारा गणना की जाती है। उच्च तापमान उम्र बढ़ने की स्थिति के तहत औसत उम्र बढ़ने के समय का निर्धारण एकल-पक्षीय आउटपुट पावर स्थिरांक को बनाए रखने और उम्र बढ़ने के मानक के रूप में वर्तमान को 50% तक बढ़ाने पर आधारित है।
मॉडल-आधारित भविष्यवाणी पद्धति लेजर के गणितीय मॉडल की स्थापना करके और उसके कार्य सिद्धांत, भौतिक गुणों, कार्य वातावरण और अन्य कारकों को मिलाकर लेजर के जीवन की भविष्यवाणी करती है। इस विधि के लिए उच्च पेशेवर ज्ञान और कंप्यूटिंग शक्ति की आवश्यकता होती है, लेकिन यह लेजर जीवन की सटीक भविष्यवाणी प्राप्त कर सकती है।
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