激光二極管通訊模塊生產(chǎn)測試系統(tǒng)詳解

　　隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速普及，Giga級帶寬網(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。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)用使得將不同波長的光信號通過一路光纖進行傳輸成為了現(xiàn)實。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)進一步發(fā)展成為具有一個Terabit容量的Dense and Ultra-Dense WDM系統(tǒng)。

　　本質(zhì)上講，激光二極管(LD)就是一個在有正向電流激勵的條件下的半導(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)。激光二極管對溫度變化極為敏感---幾個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WDM技術(shù)要求具有多種不同波長的光信號同時進行傳輸，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光纖通路對應(yīng)一個收發(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模塊里面，這樣的模塊通常包括一個激光二極管(LD)，一個背光二極管(BD)，用來監(jiān)控LD的輸出光功率，一個溫度控制器(TEC)，用來將工作溫度保持在25，以及一個用來監(jiān)測模塊溫度的熱敏電阻(Thermistor)。用吉時

測試簡介：

　　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，對于當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)品測試設(shè)備的高性價比和測試準確度。事實上，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不斷增加的過程，比如對一個由于背光二極管(Back facet photo-diode)失效而損壞的完整模塊進行維修的費用將遠遠大于在組裝之前對該二極管進行完整電性測試的費用。所以，為了降低測試成本，一個高速靈活(High-speed flexible)的測試解決方案無疑是最佳選擇。

　　一個典型的DFB激光二極管模塊測試過程通常須完成以下項目的測試：

　　●激光二極管正向電壓(Laser diode forward voltage)

　　●拐點測試(Kink test)/線性度測試(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個參數(shù)的測試是最為普遍的，可以在一個被稱作L-I-V掃描的測試過程中得到全部的結(jié)果。這種快速而且成本相對較低的直流測試可以在較早的測試程序中鑒別出失效的部件，從而將那些價格高昂的非直流測試設(shè)備能夠在此后的測試程序中更加有效的發(fā)揮其作用。

　　正向電壓測試(Forward Voltage Test)

　　正向電壓測試用來檢驗激光二極管(LD)的正向特性。測試過程中，通常要求給被測的激光二極管掃描一個正向電流(IF)，同時測試其正向電壓降。某些大功率元件要求掃描2～3A(通常以1mA為步長)電流，而大部分元件所需的掃描電流不超過1A。每一步的掃描時間通常要求控制在幾個毫秒左右。電壓測試范圍典型值為0～10V(分辨率為微伏級)。

　　門限電流測試

　　所謂門限電流指的是激光二極管開始發(fā)光時的正向激勵電流值。該電流值可通過計算輸出光強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,其中的峰值點給出了門限電流的位置。

　　光強測試

　　光強測試用來檢驗激光二極管的光輸出功率大小，該功率值通常隨著激勵電流增大而增大，一般用mW或W表示。測試原理通常有交流和直流兩種。基于交流原理的測試通常要用到光功率計。而基于直流原理的測試通常采用如下辦法：將一個反向偏置的光電二極管(reverse-biased photodiode)放置在被測激光二極管發(fā)出光的輸出端，然后用微微安表(Picoammeter)或靜電計(Electrometer)測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)軟件計算出實際的光功率值。在這個過程中，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。在實際的測試過程中，基于直流原理的測試辦法比基于交流原理的測試辦法速度快。 　　背光二極管(Back facet monitor diode)測試

　　該項測試用來檢測當激光二極管輸出光功率增加時，背光二極管(反向偏置)響應(yīng)情況。其感生電流的典型測量范圍是0～100mA，分辨率100nA。測試設(shè)備通常采用微微安表(Picoa mmeter)或靜電計(Electrometers)。拐點測試 (Kink Test)/線性度測試(Slope Efficiency)

　　該項測試用來檢驗被測激光二極管的正向激勵電流(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，當激光二極管工作在額定范圍內(nèi)時，L與IF應(yīng)該是嚴格線性的關(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(Kink)，或者說該曲線不夠平滑，那么我們認為該激光二極管有缺陷。也就是說，當該激光二極管工作在出現(xiàn)拐點的激勵電流點時，其輸出光功率與激勵電流值必不成線性比例關(guān)系。同時，L vs. IF曲線的二階微分的最大值即為該被測激光二極管的門限電流值。