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Newport激光二极管老化测试设备的温度设置精度

  鉴于激光二极管的输出功率与温度间的微妙关系,一个成功的老化或寿命测试取决于测试系统精确且均匀地控制器件温度的能力。LRS-9434测试系统采用一系列专门设计的夹具以确保温度设置精度在40-150°C的范围内保持在±2.0°C。温度设置精度被定义为夹具加热片上任何一个器件装载点周围的实测温度与系统设定温度之间的差值。温度设置精度既描述了夹具中器件装载点的温度控制精度又表征了每个器件装载位置的温度均匀性。通过AD590传感器反馈温度,由电热棒加热,采用风冷方式降温以此形成完整的温度控制回路。温度设置精度通过夹具的几何设计与一套先进的温度控制算法来进行优化。

  单个LRS-9434夹具与三个4线RTD配套,这三个RTD分别安装在位于夹具热沉片的前、中、后位置。包含Agilent 20信道多路复用器(34901A)的Agilent DAQ控制单元(34970A)用于监测三个RTD的输出。使用电阻负载(每个都具备0.5 W的加热输出功率)替换夹具的32个器件,以模拟真实半导体激光器芯片的发热。驱动电源以及夹具的散热气流由LRS-9434的CMM(测量控制模块)供。RTD测量结果以.csv文件格式输出,如此便可在测试完成后对其进行比较。

  当温度设置点以10度的增量从40°C向150°C变化时,位于上述三个位置的夹具加热板温度都被实时监测。在每一温度设置点,总的器件废热在0-16 W之间变化。在任一条件和位置,实际温度会与设置温度作比较。

  图1展示了不同功率、温度、位置的温度误差图。测量最大与最小值之间的偏差(紫色表示)随着设定温度的增高趋于增大,并且,在大部分条件下具有正的误差。

  在运行中,温度由位于夹具中心附近的单个AD590测量和控制。在夹具加热板上存在局部温度梯度,温度越高,温度梯度越大。这些温度梯度是由于夹具的几何形状导致的,在较高温度下通常会导致误差增大(如图1、2所示)。通过表征这一效应,可以减小相对于温度设定值的误差。在每个温度设定值,每一个RTD相对于设置点的温度漂移都在图2中画出并进行相互比较。找出最佳线性拟合曲线,得到的拟合曲线方程给出斜率和补偿值,然后可将其用于温度传感器AD590的测量算法中。在整个温度控制范围内,应用的校正系数可最大限度地减少夹具加热板上的温度变化与设定值的误差。

  一旦斜率和补偿值用于该夹具,我们对40-150°C进行重复测试并再次绘制结果,以显示温度设定值与设定值和实际温度之间的差异(温度误差)。见图3设定值和实际温度之间的差值(温度误差)。

  需要注意的是,在计入斜率和补偿值之前(图1),几乎所有的RTD测量温度都比设置点高,大致接近2.0°C。在计入斜率和补偿值之后,RTD测试值的中位数更为接近设置点,最大误差不超过±1.0 °C。图1和图3以紫色显示从最冷到最热RTD温度的最大温度。该值是温度均匀性的最佳表示,因为它显示了夹具中任何两个器件位置之间可能存在的最大温差。


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