Issue of assessing the reliability of superluminescent diodes

Abstract

A superluminescent diode (SLED or SLD) are used in low coherence tomography and in fiber-optic gyroscopes, where sources with a short coherence length and relatively high radiation power are required. SLED are, as a rule, the least reliable, and at the same time, extremely important for ensuring operability device. The article discusses the issue of resource reliability of the SLED to analyze the possibility of improving the accuracy of devices based on them during long-term operation. The work is a brief overview of achievements in the field of resource reliability analysis of quantum optical semiconductor devices, obtaining a general representation of the reliability of superluminescent radiation sources, changes in their parameters as a result of degradation, consideration of ways to solve problems associated with their spectral degradation.

• superluminescent diode
• reliability
• lifetime tests
• 1/f noise
• Arrhenius equation

Аннотация (на русском)

К вопросу оценки надежности суперлюминесцентных диодов

Суперлюминесцентные диоды (СЛД) применяются, главным образом, в оптической когерентной томографии и в волоконно-оптических гироскопах, где требуются источники с малой длиной когерентности и относительно высокой мощностью излучения. СЛД являются, как правило, наименее надежным, при этом крайне важным для обеспечения работоспособности, устройством, входящим в состав упомянутых приборов. В статье изучается вопрос оценки ресурсной надежности СЛД для анализа возможности повышения точности приборов на их основе при длительной эксплуатации. Работа представляет собой краткий обзор достижений в области анализа ресурса квантовых оптических полупроводниковых устройств, получение общего представления о надежности суперлюминесцентных источников излучения, изменения их параметров в результате деградации, рассмотрение путей решения проблем, связанных с их спектральной деградацией.

For citation

References

1. Alphonse, G.A. (1989). Superluminescent diode (U.S. Patent No. 4,821,276).
2. Ko Y. U. et al. Current-voltage and low-frequency noise analysis of heterojunction diodes with various passivation layers // Thin Solid Films. - 2016. - Т. 598. - С. 109-114.
3. Hu G. et al. An improved method and experimental results of noise used as reliability estimation for semiconductor lasers //Optics & Laser Technology. - 2003. - Т. 35. - №. 6. - С. 481-483.
4. Kleinpenning T. G. M. 1f Noise in pn diodes //Physica B+ C. - 1980. - Т. 98. - №. 4. - С. 289-299.
5. Konczakowska A. Quality and 1/f noise of electronic components //Quality and Reliability Engineering International. - 1995. - Т. 11. - №. 3. - С. 165-169.
6. Black J. R. Electromigration failure modes in aluminum metallization for semiconductor devices //Proceedings of the IEEE. - 1969. - Т. 57. - №. 9. - С. 1587-1594.
7. Huang J. S. Temperature and current dependences of reliability degradation of buried heterostructure semiconductor lasers //IEEE Transactions on device and materials reliability. - 2005. - Т. 5. - №. 1. - С. 150-154.
8. Wang L. et al. SLD constant-stress ADT data analysis based on time series method //2009 8th International Conference on Reliability, Maintainability and Safety. - IEEE, 2009. - С. 1313-1317.
9. Kashima Y., Matoba A., Takano H. Performance and reliability of InGaAsP superluminescent diode //Journal of lightwave technology. - 1992. - Т. 10. - №. 11. - С. 1644-1649.
10. Chao D., Ma J., Li X. Research on the reliability of SLD through accelerated life testing //2009 8th International Conference on Reliability, Maintainability and Safety. - IEEE, 2009. - С. 1263-1267.
11. Мамедов Д. С. и др. Исследование характеристик излучения маломощных суперлюминесцентных диодов в диапазоне температур -55 С..+ 93 С //Квантовая электроника. - 2002. - Т. 32. - №. 7. - С. 593-596.
12. Лобинцов П. А., Мамедов Д. С., Якубович С. Д. Ресурсные испытания суперлюминесцентных диодов //Квантовая электроника. - 2006. - Т. 36. - №. 2. - С. 111-113.
13. Андреева Е. В. и др. Изменение выходных характеристик широкополосных суперлюминесцентных диодов в ходе продолжительной работы //Квантовая электроника. - 2011. - Т. 41. - №. 7. - С. 595-601.
14. Холин А.А. Ластовкин А. А., Климов А. Н., Мартынов А. В., Лебедев В. А. Термостабилизация лазерного диодного модуля с помощью элементов Пельтье. XII Всероссийская школа для студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов по лазерной физике и лазерным технологиям: Сборник докладов. - 2020. - С.152-158.
15. Waters R. G. Diode laser degradation mechanisms: a review //Progress in Quantum Electronics. - 1991. - Т. 15. - №. 3. - С. 153-174.
16. Eliseev P. G. Optical strength of semiconductor laser materials //Progress in quantum electronics. - 1996. - Т. 20. - №. 1. - С. 1-82.
17. Schmidt G. T. INS/GPS technology trends, advances in navigation sensors and integration technology //NATO RTO Lecture series. - 2004. - Т. 232.
18. Измайлов Е. А. Современные тенденции развития технологий инерциальных чувствительных элементов и систем летательных аппаратов //Труды ФГУП" НПЦАП". Системы и приборы управления. - 2010. - №. 1. - С. 30-43.
19. Schmidt G. T. INS/GPS technology trends. Low-Cost Navigation Sensors and Integration Technology. - NATO RTO-EN-SET-116-2011, 28-29 March 2011, Bagneux, France, 2011. - С. 1-24.
20. Passaro V. M. N. et al. Gyroscope technology and applications: A review in the industrial perspective //Sensors. - 2017. - Т. 17. - №. 10. - С. 2284.
21. Пешехонов В. Г. Перспективы развития гироскопии //Гироскопия и навигация. - 2020. - Т. 28. - №. 2 (109). - С. 3.