激光二極管通訊模塊生產(chǎn)測(cè)試系統(tǒng)講解

1、激光二極管通訊模塊生產(chǎn)測(cè)試系統(tǒng)概述：隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速普及， Giga 級(jí)帶寬網(wǎng)絡(luò)通訊的廣泛應(yīng)用以及ATM/Sonet,通用電話制造業(yè)等相關(guān)通訊產(chǎn)品的不斷發(fā)展,運(yùn)用WDM(WavelengthDivisionMultiplexed) 技術(shù)的寬帶大容量的接入系統(tǒng)正逐漸成 為業(yè)界的主流發(fā)展趨勢(shì)。使用這種接入系統(tǒng)可以在避免重復(fù)安裝新的通訊線路 的基礎(chǔ)上，大大增加現(xiàn)有光纖通訊線路的傳輸帶寬。WD技術(shù)的應(yīng)用使得將不同波長的光信號(hào)通過一路光纖進(jìn)行傳輸成為了現(xiàn)實(shí)。由于該系統(tǒng)要求體積小, 功耗低,因此激概述：隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速普及, Giga 級(jí)帶寬網(wǎng)絡(luò)通訊的廣泛應(yīng)用以及ATM/Sonet,通用電話制造業(yè)等相關(guān)通

2、訊產(chǎn)品的不斷發(fā)展,運(yùn)用WDWavelengthDivision Multiplexed) 技術(shù)的寬帶大容量的接入系統(tǒng)正逐漸成為業(yè)界的主流發(fā) 展趨勢(shì)。使用這種接入系統(tǒng)可以在避免重復(fù)安裝新的通訊線路的基礎(chǔ)上,大大 增加現(xiàn)有 光纖通訊線路的傳輸帶寬。WDMi術(shù)的應(yīng)用使得將不同波長的光信號(hào)通過一路光纖進(jìn)行傳輸成為了 現(xiàn)實(shí)。由于該系統(tǒng)要求體積小,功耗低,因此激光 二極管 (Laser Diodes) 已經(jīng)成 為了該系統(tǒng)中不可或缺的核心元件。在WD系統(tǒng)中，每隔一段特定的距離，光信號(hào)被摻鉺光纖放大器 (EDFA：Erbium Doped Fiber Amplifiers)放大。某些公司，如朗訊科技已將這一技

3、術(shù)進(jìn)一步發(fā)展成為具有一個(gè) Terabit 容量的 Dense and Ultra-Dense WDM 系統(tǒng)。本質(zhì)上講， 激光二極管 (LD) 就是一個(gè)在有正向 電流激勵(lì)的條件下的半導(dǎo) 體發(fā)光器件。其波長從最高1550nm紅外區(qū))到最低750nm綠光區(qū))，輸出功率 通常從幾個(gè)毫瓦到幾瓦不等。其工作模式可以是脈沖的 (pulse) 也可以是持續(xù)的 (continuous wave) 。激光二極管對(duì)溫度變化極為敏感 - 幾個(gè)攝氏度的溫度變 化可能導(dǎo)致其“模式跳變” (modehopping) 或者輸出光波長的階躍。目前，在光通訊系統(tǒng)中大量使用的有兩種激光二極管： FP(Fabry-Perot) 和

4、DFB(Distributed Feedback) 。二者的區(qū)別主要表現(xiàn)在輸出光特性的不同。 FP激光器能夠產(chǎn)生包含有若干種離散波長的光，而DFB激光器則發(fā)出具有額定波長的光。通常在DFB激光器中有一個(gè)反射分選器(reflection gratings) 用來 消除除了額定波長之外的 其它光波。由于WD技術(shù)要求具有多種不同波長的光信號(hào)同時(shí)進(jìn)行傳輸，因此在現(xiàn) 今所有的WD系統(tǒng)中均使用DFB激光器。而FP激光器則大多用于那種一個(gè)光纖 通路對(duì)應(yīng)一個(gè)收發(fā)器 (transceiver) 的系統(tǒng)，如 Local Area Networds(LANs),Fiber To The Curb(FTTC) 和 F

5、iber To The Home(FTTH)。激光二極管通常要于其它元件共同封裝在一個(gè) 模塊里面，這樣的模塊通 常包括一個(gè)激光二極管(LD)，一個(gè)背光二極管(BD)，用來監(jiān)控LD的輸出光功率，一個(gè)溫度控制器 ( TEC) ，用來將工作溫度保持在 25，以及一個(gè)用來監(jiān)測(cè)模 塊溫度的 熱敏電阻 (Thermistor) 。測(cè)試簡(jiǎn)介：如前所述，隨著寬帶接入技術(shù)的發(fā)展，激光二極管的需求量正在不斷增 長。因此，對(duì)于當(dāng)今的激光二極管生產(chǎn)廠商來說，就提出了如下問題：在激光 二極管產(chǎn)量和產(chǎn)品本身復(fù)雜程度不斷增加的情況下，如何保證產(chǎn)品測(cè)試設(shè)備的 高性價(jià)比和測(cè)試準(zhǔn)確度。事實(shí)上，由于激光二極管模塊的產(chǎn)品附加值隨著生

6、產(chǎn) 以及組裝過程是一個(gè)不斷增加的過程，比如對(duì)一個(gè)由于背光二極管 (Back facet photo-diode) 失效而損壞的完整模塊進(jìn)行維修的費(fèi)用將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在組裝之前對(duì) 該二極管進(jìn)行完整電性測(cè)試的費(fèi)用。所以，為了降低測(cè)試成本，一個(gè)高速靈活 ( High-speed flexible) 的測(cè)試解決方案無疑是最佳選擇。一個(gè)典型的DFB激光二極管模塊測(cè)試過程通常須完成以下項(xiàng)目的測(cè) 試：激光二極管正向電壓 (Laser diode forward voltage)拐點(diǎn)測(cè)試 (Kink test)/ 線性度測(cè)試 (Slope eff ic iency)門限電流 (Threshold current)背

7、 光電流(Back facet curre nt)光功率 (Optical output power)背光二極管電壓降 (Back facet voltage drop)背光二極管暗電流 (Back facet dark current)前 5 個(gè)參數(shù)的測(cè)試是最為普遍的，可以在一個(gè)被稱作 L-I-V 掃描的測(cè)試 過程中得到全部的結(jié)果。這種快速而且成本相對(duì)較低的直流測(cè)試可以在較早的 測(cè)試程序中鑒別出失效的部件，從而將那些價(jià)格高昂的非直流測(cè)試設(shè)備能夠在 此后的測(cè)試程序中更加有效的發(fā)揮其作用。正向電壓測(cè)試 (Forward Voltage Test)正向電壓測(cè)試用來檢驗(yàn)激光二極管(LD)的正向特性。

8、測(cè)試過程中，通常 要求給被測(cè)的激光二極管掃描一個(gè)正向電流 (IF) ，同時(shí)測(cè)試其正向電壓降。某 些大功率元件要求掃描23A(通常以1mA為步長)電流，而大部分元件所需的 掃描電流不超過1A。每一步的掃描時(shí)間通常要求控制在幾個(gè)毫秒左右。電壓測(cè) 試范圍典型值為010V(分辨率為微伏級(jí))。門限電流測(cè)試所謂門限電流指的是激光二極管開始發(fā)光時(shí)的正向激勵(lì)電流值。該電流 值可通過計(jì)算輸出光強(qiáng)的二階微分的最大值得到。圖三給出了上述定義的示意 圖。最上面的一條曲線是給激光二極管掃描正向電流時(shí)的光輸出特性。中間那 條曲線是其一階微分曲線。最下面的則是其二階微分曲線圖 , 其中的峰值點(diǎn)給出 了門限電流的位置。光強(qiáng)測(cè)

9、試光強(qiáng)測(cè)試用來檢驗(yàn)激光二極管的光輸出功率大小，該功率值通常隨著激 勵(lì)電流增大而增大，一般用 mW或W表示。測(cè)試原理通常有交流和直流兩種?；?于交流原理的測(cè)試通常要用到光功率計(jì)。而基于直流原理的測(cè)試通常采用如下 辦法：將一個(gè)反向偏置的 光電二極管 (reverse-biased photodiode) 放置在被測(cè) 激光二極管發(fā)出光的輸出端，然后用微微安表 (Picoammeter) 或靜電計(jì) (Electrometer) 測(cè)試該光電二極管上產(chǎn)生的電流大小，最后通過事先編好的系 統(tǒng)軟件計(jì)算出實(shí)際的光功率值。在這個(gè)過程中，光電二極管上感生電流的典型 值通常為03mA要求最低分辨率100nA。在實(shí)際的

10、測(cè)試過程中，基于直流原 理的測(cè)試辦法比基于交流原理的測(cè)試辦法速度快。背光二極管 (Back facetmonitor diode) 測(cè)試該項(xiàng)測(cè)試用來檢測(cè)當(dāng)激光二極管輸出光功率增加時(shí)，背光二極管 ( 反向 偏置)響應(yīng)情況。其感生電流的典型測(cè)量范圍是 0100mA分辨率100nA。測(cè)試 設(shè)備通常采用微微安表(Picoa mmeter)或靜電計(jì)(Electrometers)。拐點(diǎn)測(cè)試 (Kink Test)/ 線性度測(cè)試 (Slope Efficiency)該項(xiàng)測(cè)試用來檢驗(yàn)被測(cè)激光二極管的正向激勵(lì)電流 (IF) 與該激光二極管 輸出光功率 (L) 之間的關(guān)系曲線的線性好壞。理論上講，當(dāng)激光二極管工作

11、在額 定范圍內(nèi)時(shí)，L與IF應(yīng)該是嚴(yán)格線性的關(guān)系，這樣的話，其一階微分應(yīng)該是一 條近似水平的直線。如果在一階微分曲線上出現(xiàn)了明顯的拐點(diǎn) (Kink) ，或者說 該曲線不夠平滑，那么我們認(rèn)為該激光二極管有缺陷。也就是說，當(dāng)該激光二 極管工作在出現(xiàn)拐點(diǎn)的激勵(lì)電流點(diǎn)時(shí)，其輸出光功率與激勵(lì)電流值必不成線性 比例關(guān)系。同時(shí)， L vs. IF 曲線的二階微分的最大值即為該被測(cè)激光二極管的 門限電流值。測(cè)試要求：吞吐量 (Throughput) 棗- 吞吐量受 L-I-V 掃描點(diǎn)數(shù)的影響，而一個(gè)完 整的掃描過程的耗時(shí)通常在 10 秒鐘左右，因此，如果能把整個(gè)掃描時(shí)間減少幾 秒鐘，那么對(duì)于激光二極管的生產(chǎn)廠商

12、來說無疑意味著巨大的收益。比如著名 的朗訊科技在測(cè)試激光二極管時(shí)使利儀器公司的測(cè)試設(shè)備做 100點(diǎn)的 L-I-V 掃 描測(cè)試時(shí)，測(cè)試VF, IF，IBD和L，耗時(shí)1015秒。分辨率 / 靈敏度 (Reso lution /Sensitivity)-掃描開始時(shí)的正向電壓測(cè)試和背光二極管暗電流 (Dark current) 測(cè)試均屬于小信號(hào)測(cè)試 (Low levelmeasu rement)。其電流電壓測(cè)試的最低分辨率要求分別在nA級(jí)和mV級(jí)。吉時(shí)利儀器公司提供的測(cè)試方案中可以覆蓋該項(xiàng)指標(biāo)。動(dòng)態(tài)范圍 / 靈活性 (Dyn amic Range of Operations/Flexi bility)-在實(shí)際的測(cè)試工作中，由于LD模塊本身結(jié)構(gòu)勢(shì)必隨著使用者的要求不同，因 此要求相應(yīng)的測(cè)試設(shè)備必須具有寬的動(dòng)態(tài)范圍和大的靈活性，以適應(yīng)不同規(guī)格 的產(chǎn)品和不同的封裝形式。吉時(shí)利儀器公司所擁有的 7000 系列程控開關(guān)技術(shù)最 大限度的滿足了該項(xiàng)要求。大電流輸入輸出能力 (High Current Cap