高功率QCW半导体阵列的可靠性研究

，这些器件在测试之前就烧在样品上。驱动样品的电流源为 NGCEO eDrive 激光控制器。寿命测试平台在每隔90分钟（大概400百万的发射次数）对每个器件的输出功率进行测量的，数据以对数形式储存的。图3，展示了测试结果。15个四条样品中的三个样品，由于遭遇到毁灭性的破坏（所有这三个都没能发射800万次），因此这三个样品的测量数据不包括在展示的图3中。因为在生产阵列过程中的初期致命性德样品被排除在外了，所以数据展现了NGCEO器件的期望表现。

 
图3：单条（上）和四条（下）Golden BulletTM工作电流为110A的寿命测试数据

　　在2009 年12月份后半月，样品已经采集了将近91亿发射次数的时间。二极管巴条都未经受COD（排除初期的致命伤），所有的样品都是缓慢衰老的。四条样品的退化率更慢。因为样品代表了四根巴条的平均退化率，所有高的退化率巴条与低的退化率巴条，相互之间会抵消掉。

4. 可靠性分析

　　在激光二极管工业中，关于器件失效有好几种定义。出乎这份分析的目的，在恒定的驱动电流下，器件的功率衰减了20%以上，即可定义为器件失效。因为大多数样品在截止在文章提交时并未失效，一种可接受的外延方法应用于这份分析。大部分的退化率与时间都呈现线性关系。因此，在最后30亿发射次数的退化率用于拟合，拟合得到的公式，用于确定每个样品的失效时间点（TTF）。

　　利用统计分析软件（MinitabTM），对TTF数据进行分析。数据用四种分布（威布尔，基底为e的对数正态，指数分布，正态分布）公式在图中画出来。用以确定哪种分布，与实验数据更符合。选择基底为e的对数正态分析单条和四条样品的性质分析。图4展示了最后的到的可靠性曲线，曲线至于95%的置信区间。计算得到的MTTF值为：单条样品---198亿次，四条样品---146亿次。NGCEO仍然在延续这个测试实验，用于验证实际的失效时间是否与外延法得到的数据相符合。

 
图4， 单条（上）和四条（下）QCW Golden BulletTM工作电流为110A的可靠线曲线

5.  PowerPULSETM激光增益模块　

　　NGCEO利用自身的高功率QCW二极管阵列技术和激光增益模块生产线创造了PowerPULSETM 系列激光增益模块。这些增益模块包含高寿命的QCW阵列（激光棒：Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YVO4）,能够产生高于1焦耳的脉冲能量。PowerPULSETM 激光增益模块的样品如图5所示。

图5，PowerPULSETM 激光增益模块

　　这些模块包含高寿命的QCW激光二极管阵列和一个激光棒。

　　PowerPULSETM 激光增益模块用于包括多种热交换器的高能系统中，每个模块中都包含多根巴条的QCW阵列，与上面寿命测试所用的四条样品相类似。这些模块典型的包含20 – 200 QCW激光二极管巴条不等。因此，讲四条样品阵列作为一个单独的主题，进行分析会很有趣。因为，这个代表在一个PowerPULSETM 激光增益模块中的激光二极管阵列。通过把在图3中，各个点的不同功率值相加，然后外延这些结果。我们得到图6所示的结果：

 
图6. 从图3中获得的所有4巴条样品的总得测量输出功率

　　以上数据是91亿次之前的数据室测量值，超过91亿次的数据是外延得到的。

　　如果讲输出功率衰减了20%作为衡量失效时间的话，我们从图6，可以看出在一个典型的PowerPULSETM 激光增益模块中的QCW阵列的失效时间大概为135亿次发射次数。值得指出的是，这些阵列是为了可靠运行在相当高的输出功率而设计。因此，为了获得更长的使用寿命，随着衰减的增加，我们可以适当的提高驱动电流值。

　　产品运行寿命与重复率之间的曲线关系在图7中给出。这些数据是基于135亿次产品寿命（图6，分析四条Golden BulletTM的寿命），并且假设是连续运行（24小时/天，7天/周）的情况下给出的。因此，这个图可以作为PowerPULSETM 激光增益模块的使用指导。例如，在重复率为100Hz，数据给出的模块寿命时间为1500天。在所有的重复率小于370Hz的情况下，产品的预期寿命到高于416天（10000小时）。

 
图7，多条Golden BulletTM QCW激光二极管阵列组装体寿命与重复率的曲线关系图

这是PowerPULSETM 激光增益模块生产线的代表曲线图

6. 结论

　　Northrop Grumman Cutting Edge Optronics 基于自身的Golden BulletTM封装技术以及高功率的QCW激光二极管条巴，发展了一系列的QCW激光二极管阵列产品。这些产品的代表性样品经过了寿命测试，也表明了具有高寿命（单条的MTTF值为198亿次，四条的MTTF值为146亿次）。在整个寿命测试过程中，所有的样品都没有发生突变，都是缓慢退化的。

NGCEO利用成功的高寿命QCW二极管阵列技术创造了QCW泵