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    [分享]高功率QCW半導(dǎo)體陣列的可靠性研究 [復(fù)制鏈接]

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    只看樓主 倒序閱讀 樓主  發(fā)表于: 2011-11-04
    CEO制造生產(chǎn)了一系列的用于高功率QCW的陣列產(chǎn)品。這些產(chǎn)品采用熱膨脹系數(shù)匹配熱沉技術(shù)以及硬封裝技術(shù),進(jìn)而最大限度的提高器件的可靠性。這些產(chǎn)品的壽命測(cè)試結(jié)果在這里做了總結(jié)。這些測(cè)試量化了QCW陣列和相關(guān)激光增益模塊的可靠性。這里給出了原始的壽命測(cè)試數(shù)據(jù),并對(duì)其進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。這些結(jié)論對(duì)于激光系統(tǒng)設(shè)計(jì)者是很有用的。該壽命測(cè)試展示了這些陣列在不同的運(yùn)行區(qū)域的高水平的可靠性。如單條陣列的MTTF發(fā)射次數(shù)預(yù)測(cè)可高達(dá)198億次,四條陣列的MTTF發(fā)射次數(shù)也測(cè)可高達(dá)146億次。另外,也對(duì)一個(gè)大的泵浦源條件陣列的壽命進(jìn)行了分析,可以看到預(yù)期的壽命為135億次發(fā)射次數(shù)。這比在重復(fù)率低于370Hz的運(yùn)行條件預(yù)期的運(yùn)行壽命高了10000個(gè)小時(shí)。 sh$-}1 ;  
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    1.引言 INi$-Y+  
    二極管泵浦固體激光器(DPSS)被廣泛應(yīng)用于工業(yè),科研以及軍事等領(lǐng)域。這些應(yīng)用領(lǐng)域包括激光燒蝕,激光切割,激光焊接,激光測(cè)距,激光測(cè)探等許多用途。每一個(gè)領(lǐng)域?qū)PSS激光器都有各種各樣的不同要求,如脈沖能量,脈沖寬度以及光束質(zhì)量等等。 0 jth}\9  
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    傳統(tǒng)上,高能量脈沖DPSS激光器是通過(guò)Q-開(kāi)關(guān)技術(shù)獲得。一般都是連續(xù)(CW)激光二極管陣列對(duì)激光介質(zhì)如Nd:YAG棒或切片進(jìn)行泵浦的。然而如果是利用準(zhǔn)連續(xù)(QCW)激光二極管陣列泵浦的話,我們可以從中獲得更多的優(yōu)點(diǎn)。相比CW, QCW激光二極管陣列的峰值功率會(huì)更高。另外,多個(gè)高峰值功率QCW巴條封裝在同一個(gè)區(qū)域。這些巴條就可以看作單個(gè)的CW巴條,因?yàn)槊總(gè)巴條在QCW模式運(yùn)行時(shí),更低的平均熱量損失。這些因素,再加上能夠組裝更加緊湊的二極管陣列,從而可以在QCW模式運(yùn)行下,獲得非常高的峰值功率。再者,QCW泵浦可以減少激光增益物質(zhì)的熱量,從而有效的降低熱聚束效應(yīng),提高激光的光束質(zhì)量。     在以前,QCW泵浦方案的最大缺點(diǎn)在于激光二極管陣列的壽命較短。今天,壽命超過(guò)10000小時(shí)的CW激光二極管陣列在工業(yè)已經(jīng)得到廣泛的生產(chǎn)。這相當(dāng)于可以連續(xù)運(yùn)行416天,并被認(rèn)為是所有DPSS系統(tǒng)可靠性的一個(gè)指標(biāo)。QCW激光二極管陣列能夠在高功率水平下運(yùn)行的特性,使得它們備受激光設(shè)計(jì)者的青睞(典型下,是相應(yīng)CW的2—3倍)。傳統(tǒng)上,這些激光二極管輸出面上的巴條很容易遭遇光學(xué)突變破壞(COD),從而得不到應(yīng)用。因此,為了吸引激光系統(tǒng)設(shè)計(jì)者以及生廠商,COD必須得到有效的抑制,產(chǎn)品也必須高于10000小時(shí)的工作壽命。NGCEO制造CW和QCW激光二極管巴條和陣列已經(jīng)有十年多的歷史。NGCEO最近在陣列封裝技術(shù)和巴條制造過(guò)程取得了一些進(jìn)展。進(jìn)而NGCEO可以生長(zhǎng)出壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工業(yè)應(yīng)用需求的QCW激光二極管陣列。 neI7VbH4  
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    2.高功率QCW陣列 ^U_T<x8{  
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    NGCEO擁有一系列的高功率QCW陣列家族。這些產(chǎn)品都可以在要求高壽命(超過(guò)一年的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間)的場(chǎng)合中使用。在軍事工業(yè)等需求高功率,以及嚴(yán)酷的工作環(huán)境要求[1],發(fā)展了一整套的技術(shù)。這些產(chǎn)品都應(yīng)用了這些技術(shù)。獲得長(zhǎng)壽命的QCW陣列,需要兩個(gè)條件:(1)高質(zhì)量的激光二極管巴條 和(2)基于硬焊接的陣列封裝技術(shù)。結(jié)合這兩個(gè)條件,就可以獲得高可靠性的陣列。 '9V/w[mI  
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    2.1 QCW激光二極管巴條 +'?Qph6o,7  
    NGCEO在絕大多數(shù)的QCW應(yīng)用中,都使用83%填充(fill factor)的巴條。這種巴條是專門(mén)設(shè)計(jì)用于高功率運(yùn)行的,在808nm處,輸出功率范圍可以達(dá)到:60-230W/bar。更高的波長(zhǎng)情況可以獲得更高的輸出功率。在典型808nm運(yùn)用下,功率以及效率關(guān)于電流的函數(shù)在圖1中給出。這些數(shù)據(jù)的采集參數(shù)為:20Hz,150μs的熱傳導(dǎo)制冷底座。 yV{B,T`W  
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