Newport激光二極管老化測試設備的溫度設置精度

  概述

  鑒于激光二極管的輸出功率與溫度間的微妙關系，一個成功的老化或壽命測試取決于測試系統(tǒng)精確且均勻地控制器件溫度的能力。LRS-9434測試系統(tǒng)采用一系列專門設計的夾具以確保溫度設置精度在40-150°C的范圍內(nèi)保持在±2.0°C。溫度設置精度被定義為夾具加熱片上任何一個器件裝載點周圍的實測溫度與系統(tǒng)設定溫度之間的差值。溫度設置精度既描述了夾具中器件裝載點的溫度控制精度又表征了每個器件裝載位置的溫度均勻性。通過AD590傳感器反饋溫度，由電熱棒加熱，采用風冷方式降溫以此形成完整的溫度控制回路。溫度設置精度通過夾具的幾何設計與一套先進的溫度控制算法來進行優(yōu)化。

       測試設置

  單個LRS-9434夾具與三個4線RTD配套，這三個RTD分別安裝在位于夾具熱沉片的前、中、后位置。包含Agilent 20信道多路復用器(34901A)的Agilent DAQ控制單元(34970A)用于監(jiān)測三個RTD的輸出。使用電阻負載(每個都具備0.5 W的加熱輸出功率)替換夾具的32個器件，以模擬真實半導體激光器芯片的發(fā)熱。驅動電源以及夾具的散熱氣流由LRS-9434的CMM(測量控制模塊)供。RTD測量結果以.csv文件格式輸出，如此便可在測試完成后對其進行比較。

  測試過程

  當溫度設置點以10度的增量從40°C向150°C變化時，位于上述三個位置的夾具加熱板溫度都被實時監(jiān)測。在每一溫度設置點，總的器件廢熱在0-16 W之間變化。在任一條件和位置，實際溫度會與設置溫度作比較。

  結果

  圖1展示了不同功率、溫度、位置的溫度誤差圖。測量最大與最小值之間的偏差(紫色表示)隨著設定溫度的增高趨于增大，并且，在大部分條件下具有正的誤差。

圖 1

  精度優(yōu)化

  在運行中，溫度由位于夾具中心附近的單個AD590測量和控制。在夾具加熱板上存在局部溫度梯度，溫度越高，溫度梯度越大。這些溫度梯度是由于夾具的幾何形狀導致的，在較高溫度下通常會導致誤差增大(如圖1、2所示)。通過表征這一效應，可以減小相對于溫度設定值的誤差。在每個溫度設定值，每一個RTD相對于設置點的溫度漂移都在圖2中畫出并進行相互比較。找出最佳線性擬合曲線，得到的擬合曲線方程給出斜率和補償值，然后可將其用于溫度傳感器AD590的測量算法中。在整個溫度控制范圍內(nèi)，應用的校正系數(shù)可最大限度地減少夾具加熱板上的溫度變化與設定值的誤差。

圖 2

  一旦斜率和補償值用于該夾具，我們對40-150°C進行重復測試并再次繪制結果，以顯示溫度設定值與設定值和實際溫度之間的差異(溫度誤差)。見圖3設定值和實際溫度之間的差值(溫度誤差)。

      需要注意的是，在計入斜率和補償值之前(圖1)，幾乎所有的RTD測量溫度都比設置點高，大致接近2.0°C。在計入斜率和補償值之后，RTD測試值的中位數(shù)更為接近設置點，最大誤差不超過±1.0 °C。圖1和圖3以紫色顯示從最冷到最熱RTD溫度的最大溫度。該值是溫度均勻性的最佳表示，因為它顯示了夾具中任何兩個器件位置之間可能存在的最大溫差。

  結論

  LRS-9434測試系統(tǒng)能夠在40-150°C的整個范圍內(nèi)提供優(yōu)于± 2.0°C的溫度設置精度。

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