激光二極管通訊模塊生產(chǎn)測(cè)試系統(tǒng)詳解

　　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(Wavelength Division 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。

　　WDM技術(shù)的應(yīng)用使得將不同波長(zhǎng)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WDM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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)的光，而DFB激光器則發(fā)出具有額定波長(zhǎng)的光。通常在DFB激光器中有一個(gè)反射分選器(reflection gratings)用來(lái)消除除了額定波長(zhǎng)之外的其它光波。

　　由于WDM技術(shù)要求具有多種不同波長(zhǎng)的光信號(hào)同時(shí)進(jìn)行傳輸，因此在現(xiàn)今所有的WDM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Fiber 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(lái)監(jiān)控LD的輸出光功率，一個(gè)溫度控制器(TEC)，用來(lái)將工作溫度保持在25，以及一個(gè)用來(lái)監(jiān)測(cè)模塊溫度的熱敏電阻(Thermistor)。用吉時(shí)

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(zhǎng)。因此，對(duì)于當(dāng)今的激光二極管生產(chǎn)廠商來(lái)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(wú)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 efficiency)

　　●門限電流(Threshold current)

　　●背光電流(Back facet current)

　　●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(lái)檢驗(yàn)激光二極管(LD)的正向特性。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2～3A(通常以1mA為步長(zhǎng))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0～10V(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)試

　　光強(qiáng)測(cè)試用來(lái)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?；诮涣髟淼臏y(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0～3mA，要求最低分辨率100nA。在實(shí)際的測(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 facet monitor diode)測(cè)試

　　該項(xiàng)測(cè)試用來(lái)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0～100mA，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(lái)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。