激光二极管通讯模块生产测试系统详解

2015-01-07 10:17:46来源: c114

  随着互联网的快速普及,Giga级带宽网络通讯的广泛应用以及ATM/Sonet,通用电话制造业等相关通讯产品的不断发展,运用WDM(Wavelength Division Multiplexed)技术的宽带大容量的接入系统正逐渐成为业界的主流发展趋势。使用这种接入系统可以在避免重复安装新的通讯线路的基础上,大大增加现有光纤通讯线路的传输带宽。

  WDM技术的应用使得将不同波长的光信号通过一路光纤进行传输成为了现实。由于该系统要求体积小,功耗低,因此激光二极管(Laser Diodes)已经成为了该系统中不可或缺的核心元件。在WDM系统中,每隔一段特定的距离,光信号被掺铒光纤放大器(EDFA:Erbium Doped Fiber Amplifiers)放大。某些公司,如朗讯科技已将这一技术进一步发展成为具有一个Terabit容量的Dense and Ultra-Dense WDM系统。

  本质上讲,激光二极管(LD)就是一个在有正向电流激励的条件下的半导体发光器件。其波长从最高1550nm(红外区)到最低750nm(绿光区),输出功率通常从几个毫瓦到几瓦不等。其工作模式可以是脉冲的(pulse)也可以是持续的(continuous wave)。激光二极管对温度变化极为敏感---几个摄氏度的温度变化可能导致其“模式跳变”(modehopping)或者输出光波长的阶跃。

  目前,在光通讯系统中大量使用的有两种激光二极管:FP(Fabry-Perot)和DFB(Distributed Feedback)。二者的区别主要表现在输出光特性的不同。FP激光器能够产生包含有若干种离散波长的光,而DFB激光器则发出具有额定波长的光。通常在DFB激光器中有一个反射分选器(reflection gratings)用来消除除了额定波长之外的其它光波。

  由于WDM技术要求具有多种不同波长的光信号同时进行传输,因此在现今所有的WDM系统中均使用DFB激光器。而FP激光器则大多用于那种一个光纤通路对应一个收发器(transceiver)的系统,如Local Area NetWords(LANs),Fiber To The Curb(FTTC)和Fiber To The Home(FTTH)。

  激光二极管通常要于其它元件共同封装在一个模块里面,这样的模块通常包括一个激光二极管(LD),一个背光二极管(BD),用来监控LD的输出光功率,一个温度控制器(TEC),用来将工作温度保持在25,以及一个用来监测模块温度的热敏电阻(Thermistor)。用吉时

测试简介:

  如前所述,随着宽带接入技术的发展,激光二极管的需求量正在不断增长。因此,对于当今的激光二极管生产厂商来说,就提出了如下问题:在激光二极管产量和产品本身复杂程度不断增加的情况下,如何保证产品测试设备的高性价比和测试准确度。事实上,由于激光二极管模块的产品附加值随着生产以及组装过程是一个不断增加的过程,比如对一个由于背光二极管(Back facet photo-diode)失效而损坏的完整模块进行维修的费用将远远大于在组装之前对该二极管进行完整电性测试的费用。所以,为了降低测试成本,一个高速灵活(High-speed flexible)的测试解决方案无疑是最佳选择。

  一个典型的DFB激光二极管模块测试过程通常须完成以下项目的测试:

  ●激光二极管正向电压(Laser diode forward voltage)

  ●拐点测试(Kink test)/线性度测试(Slope efficiency)

  ●门限电流(Threshold current)

  ●背光电流(Back facet current)

  ●光功率(Optical output power)

  ●背光二极管电压降(Back facet voltage drop)

  ●背光二极管暗电流(Back facet dark current)

  前5个参数的测试是最为普遍的,可以在一个被称作L-I-V扫描的测试过程中得到全部的结果。这种快速而且成本相对较低的直流测试可以在较早的测试程序中鉴别出失效的部件,从而将那些价格高昂的非直流测试设备能够在此后的测试程序中更加有效的发挥其作用。

  正向电压测试(Forward Voltage Test)

  正向电压测试用来检验激光二极管(LD)的正向特性。测试过程中,通常要求给被测的激光二极管扫描一个正向电流(IF),同时测试其正向电压降。某些大功率元件要求扫描2~3A(通常以1mA为步长)电流,而大部分元件所需的扫描电流不超过1A。每一步的扫描时间通常要求控制在几个毫秒左右。电压测试范围典型值为0~10V(分辨率为微伏级)。

  门限电流测试

  所谓门限电流指的是激光二极管开始发光时的正向激励电流值。该电流值可通过计算输出光强的二阶微分的最大值得到。图三给出了上述定义的示意图。最上面的一条曲线是给激光二极管扫描正向电流时的光输出特性。中间那条曲线是其一阶微分曲线。最下面的则是其二阶微分曲线图,其中的峰值点给出了门限电流的位置。

  光强测试

  光强测试用来检验激光二极管的光输出功率大小,该功率值通常随着激励电流增大而增大,一般用mW或W表示。测试原理通常有交流和直流两种。基于交流原理的测试通常要用到光功率计。而基于直流原理的测试通常采用如下办法:将一个反向偏置的光电二极管(reverse-biased photodiode)放置在被测激光二极管发出光的输出端,然后用微微安表(Picoammeter)或静电计(Electrometer)测试该光电二极管上产生的电流大小,最后通过事先编好的系统软件计算出实际的光功率值。在这个过程中,光电二极管上感生电流的典型值通常为0~3mA,要求最低分辨率100nA。在实际的测试过程中,基于直流原理的测试办法比基于交流原理的测试办法速度快。   背光二极管(Back facet monitor diode)测试

  该项测试用来检测当激光二极管输出光功率增加时,背光二极管(反向偏置)响应情况。其感生电流的典型测量范围是0~100mA,分辨率100nA。测试设备通常采用微微安表(Picoa mmeter)或静电计(Electrometers)。拐点测试 (Kink Test)/线性度测试(Slope Efficiency)

  该项测试用来检验被测激光二极管的正向激励电流(IF)与该激光二极管输出光功率(L)之间的关系曲线的线性好坏。理论上讲,当激光二极管工作在额定范围内时,L与IF应该是严格线性的关系,这样的话,其一阶微分应该是一条近似水平的直线。如果在一阶微分曲线上出现了明显的拐点(Kink),或者说该曲线不够平滑,那么我们认为该激光二极管有缺陷。也就是说,当该激光二极管工作在出现拐点的激励电流点时,其输出光功率与激励电流值必不成线性比例关系。同时,L vs. IF曲线的二阶微分的最大值即为该被测激光二极管的门限电流值。

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关键字:激光二极管  通讯模块  生产测试系统

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0107/article_10547.html
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