CN110763435A - 半导体激光器寿命预估装置、方法、计算机设备及介质 - Google Patents

半导体激光器寿命预估装置、方法、计算机设备及介质 Download PDF

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彭强
朱宝华
李乔青
王瑾
高云峰
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Abstract

本发明涉及半导体激光器领域，尤其涉及一种半导体激光器寿命预估方法，包括：检测获取不同加速环境下半导体激光器的样本使用寿命；将样本使用寿命进行线性拟合以获得加速模型；基于加速模型以及指定环境的参数获得在指定环境参数下半导体激光器的预期使用寿命。上述半导体激光器的寿命预估方法中，半导体激光器在加速环境下的样本使用寿命大大缩短，因此能够在较短的时间内测试出半导体激光器在加速环境下的样本使用寿命，再利用获得的加速模型，将正常工作环境的参数代入加速模型，就能够获得半导体激光器在正常工作环境下的预期使用寿命，从而实现在较短时间内准确预估出半导体激光器在正常工作环境下的预期使用寿命。

Description

半导体激光器寿命预估装置、方法、计算机设备及介质
技术领域
本发明涉及半导体激光器领域，特别是涉及一种半导体激光器寿命预估装置、方法、计算机设备及介质。
背景技术
半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生激光的器件。其工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带之间，或者半导体物质的能带与杂质能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。
目前半导体激光器的寿命预估是比较复杂的工程，有的半导体激光器能够工作长达十万小时，半导体激光器在正常的工作环境下进行寿命试验，时间耗费惊人。
发明内容
基于此，有必要提供一种半导体激光器寿命预估装置及方法，达到能够在较短的时间内准确预估出半导体激光器在正常工作环境下的寿命。
一种半导体激光器寿命预估方法，包括：
检测获取不同加速环境下半导体激光器的样本使用寿命；
将所述样本使用寿命进行线性拟合以获得加速模型；
基于所述加速模型以及指定环境的参数获得在所述指定环境参数下半导体激光器的预期使用寿命。
上述半导体激光器的寿命预估方法中，半导体激光器在加速环境下的样本使用寿命大大缩短，因此能够在较短的时间内测试出半导体激光器在加速环境下的样本使用寿命，再利用获得的加速模型，将正常工作环境的参数代入加速模型，就能够获得半导体激光器在正常工作环境下的预期使用寿命，从而实现在较短时间内准确预估出半导体激光器在正常工作环境下的预期使用寿命。
在其中一个实施例中，
所述检测获取加速环境下半导体激光器的样本使用寿命包括：将不同的参数分别作为变量，线性拟合获取针对不同变量的多个加速模型；
通过所述多个加速模型以及所述指定环境的对应的不同参数分别获得指定环境下相应的使用寿命，并获取平均值作为预期使用寿命。
通过上述技术方案，能够从不同的角度对半导体激光器的预期使用寿命进行预估，最后将获得的使用寿命取平均值能够有效的减小误差
在其中一个实施例中，所述变量包括电流应力，所述加速模型包括逆幂律加速模型，所述将所述样本使用寿命进行线性拟合以获得加速模型，包括，线性拟合所述样本使用寿命计算得到所述逆幂律加速模型中的常数值，获得预期使用寿命与电流应力的函数关系式。
在其中一个实施例中，取样至少3个电流应力点，计算得到各电流应力对应的常数值后取平均值，基于所述平均值构建预期使用寿命和电流应力的函数关系式。
通过上述技术方案能够减小误差，提高半导体激光器使用寿命预估的准确度。
在其中一个实施例中，所述变量包括工作温度，所述加速模型包括阿伦尼斯加速模型，所述将所述样本使用寿命进行线性拟合以获得加速模型，包括，线性拟合所述样本使用寿命计算得到所述阿伦尼斯加速模型中的常数值，获得预期使用寿命和工作温度的函数关系。
在其中一个实施例中，取样至少3个工作温度点，计算得到各工作温度对应的常数值后取平均值，基于所述平均值构建预期使用寿命和电流应力的函数关系式。
本申请的另一个可选的实施例中还提供了一种半导体激光器寿命预估装置，其特征在于，包括：
LD失效检测装置，用于检测半导体激光器是否失效并输出寿命数据；
温度调控装置，用于调控所述半导体激光器的工作温度并输出温度信号；
驱动电源，与所述半导体激光器电连接，用于为所述半导体激光器供电；
电流检测装置，与所述半导体激光器电连接，用于实时检测所述半导体激光器的工作电流并输出电流检测信号；
信息处理装置，用于接收所述寿命数据、所述温度信号和所述电流检测信号，并实现上述方法的步骤。
上述半导体激光器寿命预估装置，通过温度调控装置和驱动电源来控制半导体激光器的电流应力和工作温度，当电流应力为变量时，保持工作温度不变，驱动电源对半导体激光器施加不同的电流应力的工作电流，LD失效检测装置和电流检测装置能够将寿命数据和电流检测信号输出到信息处理装置，信息处理装置进行线性拟合处理，获得电流应力与预期使用寿命的函数关系，同理，当工作温度为变量时，保持电流应力不变，改变工作温度，通过信息处理装置获得工作温度与预期使用寿命的函数关系。
在其中一个实施例中，所述温度调控装置包括高温箱，所述半导体激光器位于所述高温箱内，所述高温箱密封设置。
通过上述技术方案，当半导体激光器位于一个密封环境内时，工作人员能够更加精确的控制工作温度。
在其中一个实施例中，所述驱动电源、所述LD失效检测装置、所述电流检测装置和所述信息处理装置均位于所述高温箱外，所述半导体激光器固定连接有导光件，所述导光件将所述半导体激光器的发射光导向所述LD失效检测装置的检测位置。
通过上述技术方案，使得驱动电源、LD失效检测装置、电流检测装置和信息处理装置均不受高温的影响，同时导光件能够使得半导体激光器的发射光能够准确的落在LD失效检测装置的检测位置上，减少光的损耗，提高检测的准确度。
在其中一个实施例中，所述温度调控装置包括温度检测仪和制冷装置，所述温度检测仪接触所述半导体激光器外壳；
所述温度检测仪与所述信息处理装置电连接并将检测到的温度信号输入所述信息处理装置；
所述信息处理装置与所述制冷装置电连接，并根据接收到的温度信号向所述制冷装置输出控制信号，所述制冷装置接收控制信号并对所述半导体激光器制冷控温。
在其中一个实施例中，所述制冷装置为冷水机或冷油机。
本申请的另一个可选的实施例中还提供了一种半导体激光器寿命预估装置，包括：
样本使用寿命获取模块，用于检测获取不同加速环境下半导体激光器的样本使用寿命；
线性拟合模块，用于将所述样本数据进行线性拟合以获得加速模型；
寿命预估模块，用于根据所述加速模型以及指定环境的参数获得在所述指定环境参数下半导体激光器的预期使用寿命。
在一个可选的实施例中，所述线性拟合模块包括：逆幂律加速模型模块，用于线性拟合样本使用寿命计算得到所述逆幂律加速模型中的常数值，获得预期使用寿命与电流应力的函数关系式；
阿伦尼斯加速模型模块，用于线性拟合样本使用寿命计算得到所述阿伦尼斯加速模型中的常数值，获得预期使用寿命和工作温度的函数关系。
本申请的另一个可选的实施例中还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
本申请的另一个可选的实施例中还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
附图说明
图1为本发明一个实施例中半导体激光器寿命预估方法的流程示意图；
图2为本发明一个实施例的实验环境装置示意图；
图3为本发明一个实施例中半导体激光器寿命预估装置的结构框图；
图4为本发明一个实施例中半导体激光器寿命预估装置的结构示意图；
图5为本发明一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
图1是半导体激光器寿命预估方法一个实施例的流程示意图，如图1所示，包括：
步骤110：检测获取不同加速环境下半导体激光器的样本使用寿命；
半导体激光器在加速环境下，样本使用寿命能够大大缩短，因此能够大大缩短样本使用寿命的检测时间。加速环境如高温环境和电流应力点一倍以上的工作电流。
步骤120：将样本使用寿命进行线性拟合以获得加速模型；
步骤130：基于加速模型以及指定环境的参数获得在指定环境参数下半导体激光器的预期使用寿命。
用较短的时间测试出的样本使用寿命线性拟合反推出预期使用寿命和环境参数的函数关系，再将正常工作环境下的环境参数代入函数关系中即可得到半导体激光器在正常工作环境下的预期使用寿命。
在一个可选的实施例中，将不同的参数分别作为变量，线性拟合获取针对不同变量的多个加速模型；
通过多个加速模型以及指定环境的对应的不同参数分别获得指定环境下相应的使用寿命，并获取平均值作为预期使用寿命。
因此工作人员能够从不同的角度对半导体激光器的预期使用寿命进行预估，之后将获得的使用寿命取平均值作为预期使用寿命，从而减小误差，作为变量的参数可以为电流应力或者工作温度。
在一个可选的实施例中，变量包括电流应力，准备八个半导体激光器，两个一组分为四组，分别将电流应力点1.0倍工作电流、1.2倍工作电流、1.25倍工作电流和1.3倍工作电流输入各组的半导体激光器上。保持各组半导体激光器的其它参数保持一致且不变，老化500小时，检测半导体激光器的功率输出，是否满足标称功率90％范围内，否则失效，并记录失效时间，失效时间记为该加速环境下的样本使用寿命。
采用逆幂律加速模型模型：
lnξ＝a+blnv
ξ：预期使用寿命；
ν：电流应力,取电流密度；
a和b:常数，通过样本使用寿命做线性拟合反推得出。
每一组半导体激光器均能够通过线性拟合反推得出一组a和b，将各组反推获得的a取平均值，将各组反推获得的b取平均值，利用a的平均值和b的平均值得出关于预期使用寿命和电流应力的函数关系，从而减小实验误差，提高准确度。
在一个可选的实施例中，变量包括工作温度，准备八个半导体激光器，两个一组分为四组，将各组的半导体激光器的工作温度控制在高温30度、35度、40度和45度，其它环境参数保持一致且不变，老化500小时。检测半导体激光器的功率输出，是否满足标称功率90％范围内，否则失效，记录失效时间，失效时间记为该加速环境下的样本使用寿命。
采用逆幂律加速模型模型：
lnξ＝a+b/T
ξ：预期使用寿命；
T：工作温度；
a和b:常数，通过实测数据做线性拟合反推得出。
每一组半导体激光器均能够通过线性拟合反推得出一组a和b，将各组反推获得的a取平均值，将各组反推获得的b取平均值，利用a的平均值和b的平均值得出关于预期使用寿命和电流应力的函数关系，从而减小实验误差，提高准确度。
如图2和图3所示，本发明还提供一种半导体激光器寿命预估装置，用于实现上述半导体激光器寿命预估方法，在一个可选的实施例中，半导体激光器寿命预估装置包括：
LD失效检测装置210，可以为激光功率计，用于检测半导体激光器是否失效并输出寿命数据，当激光功率计检测到半导体激光器的输出功率低于标称功率的10％则视为失效；
温度调控装置220，用于调控半导体激光器的工作温度并输出温度信号；
驱动电源230，可以为电源工装，包括AC-DC转换电路、DC-DC转换单元和组合输出单元；在DC-DC转换单元中设置有多路DC-DC转换电路，分别接收通过AC-DC转换电路转换输出的直流电源，并分别转换成不同幅值的直流电压输出至的组合输出单元；在组合输出单元中设置有多路组合输出连接端子，分别输出不同的电压组合。驱动电源230与半导体激光器电连接，用于为半导体激光器供电；
电流检测装置240，可以为电流表或电压表，与半导体激光器电连接，用于实时检测半导体激光器的工作电流并输出电流检测信号；
信息处理装置250，可以为安装有数据处理软件的电脑，用于接收寿命数据、温度信号和电流检测信号，并实现上述方法步骤。
温度调控装置220和驱动电源230能够控制半导体激光器的电流应力和工作温度，当电流应力为变量时，保持工作温度不变，驱动电源230对半导体激光器施加不同的电流应力的工作电流，LD失效检测装置210和电流检测装置240能够将寿命数据和电流检测信号输出到信息处理装置250，信息处理装置250进行线性拟合处理，获得电流应力与预期使用寿命的函数关系，同理，当工作温度为变量时，保持电流应力不变，改变工作温度，通过信息处理装置250获得工作温度与预期使用寿命的函数关系。
在一个可选的实施例中，温度调控装置220包括高温箱，半导体激光器位于高温箱内，高温箱密封设置。驱动电源230、LD失效检测装置210、电流检测装置240和信息处理装置250均位于高温箱外，半导体激光器固定连接有导光件，导光件将半导体激光器的发射光导向LD失效检测装置210的检测位置。
导光件可以为光纤，光纤远离半导体激光器的一端从高温箱上具有密封效果的引出孔穿出，并指向LD失效检测装置210，半导体激光器被测的光斑投射到LD失效检测装置210光接收面直径的2/3区域内，提高检测的准确度。
半导体激光器位于密封环境内，因此对于半导体激光器工作温度的调控更加精准，而驱动电源230、LD失效检测装置210、电流检测装置240和信息处理装置250均在高温箱外，因此不受高温的影响，从而提高检测的准确度。
如图3所示，在一个可选的实施例中，温度调控装置220包括温度检测仪2201和制冷装置2202，温度检测仪2201可以为多路温度测试仪，温度检测仪2201接触半导体激光器的外壳，直接检测半导体激光器的外壳温度，从而更加精准的控制半导体激光器的工作温度。
温度检测仪2201与信息处理装置250电连接并将检测到的温度信号输入信息处理装置250，信息处理装置250与制冷装置2202电连接，并根据接收到的温度信号向制冷装置2202输出控制信号，制冷装置2202可以为冷水机或冷油机，制冷装置2202接收控制信号后对半导体激光器制冷控温。
如图4所示，在一个可选的实施中，本发明还提供了一种半导体激光器寿命预估装置，包括：
样本使用寿命获取模块410，用于检测获取不同加速环境下半导体激光器的样本使用寿命；
线性拟合模块420，用于将所述样本数据进行线性拟合以获得加速模型；
寿命预估模块430，用于根据所述加速模型以及指定环境的参数获得在所述指定环境参数下半导体激光器的预期使用寿命。
用较短的时间测试出的样本使用寿命线性拟合反推出预期使用寿命和环境参数的函数关系，再将正常工作环境下的环境参数代入函数关系中即可得到半导体激光器在正常工作环境下的预期使用寿命。
在一个可选的实施例中，线性拟合模块420包括：逆幂律加速模型模块4201，用于线性拟合样本使用寿命计算得到逆幂律加速模型中的常数值，获得使用寿命与电流应力的函数关系式；
阿伦尼斯加速模型模块4202，用于线性拟合样本使用寿命计算得到阿伦尼斯加速模型中的常数值，获得预期使用寿命和工作温度的函数关系。
在一个可选的实施例中，当变量取电流应力时，寿命预估模块430用于计算得到各电流应力对应的常数值后取平均值，基于平均值构建预期使用寿命和电流应力的函数关系式。
当变量取工作温度时，寿命预估模块430用于计算得到各工作温度对应的常数值后取平均值，基于平均值构建预期使用寿命和电流应力的函数关系式。
在一个可选的实施例中，本发明还提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图5所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。
本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个可选的实施例中，本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：检测获取不同加速环境下半导体激光器的样本使用寿命；将样本使用寿命进行线性拟合以获得加速模型；基于加速模型以及指定环境的参数获得在指定环境参数下半导体激光器的预期使用寿命。
在一个可选的实施例中，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：检测获取不同加速环境下半导体激光器的样本使用寿命；将样本使用寿命进行线性拟合以获得加速模型；基于加速模型以及指定环境的参数获得在指定环境参数下半导体激光器的预期使用寿命。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (16)

1.一种半导体激光器寿命预估方法，其特征在于，包括：
检测获取不同加速环境下半导体激光器的样本使用寿命；
将所述样本使用寿命进行线性拟合以获得加速模型；
基于所述加速模型以及指定环境的参数获得在所述指定环境参数下半导体激光器的预期使用寿命。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器寿命预估方法，其特征在于，所述检测获取加速环境下半导体激光器的样本使用寿命包括：将不同的参数分别作为变量，线性拟合获取针对不同变量的多个加速模型；
通过所述多个加速模型以及所述指定环境的对应的不同参数分别获得指定环境下相应的使用寿命，并获取平均值作为预期使用寿命。
3.根据权利要求1所述的半导体激光器寿命预估方法，其特征在于，所述变量包括电流应力，所述加速模型包括逆幂律加速模型，所述将所述样本使用寿命进行线性拟合以获得加速模型，包括，线性拟合所述样本使用寿命计算得到所述逆幂律加速模型中的常数值，获得预期使用寿命与电流应力的函数关系式。
4.根据权利要求3所述的半导体激光器寿命预估方法，其特征在于，取样至少3个电流应力点，计算得到各电流应力对应的常数值后取平均值，基于所述平均值构建预期使用寿命和电流应力的函数关系式。
5.根据权利要求2所述的半导体激光器寿命预估方法，其特征在于，所述变量包括工作温度，所述加速模型包括阿伦尼斯加速模型，所述将所述样本使用寿命进行线性拟合以获得加速模型，包括，线性拟合所述样本使用寿命计算得到所述阿伦尼斯加速模型中的常数值，获得预期使用寿命和工作温度的函数关系。
6.根据权利要求5所述的半导体激光器寿命预估方法，其特征在于，取样至少3个工作温度点，计算得到各工作温度对应的常数值后取平均值，基于所述平均值构建预期使用寿命和电流应力的函数关系式。
7.一种半导体激光器寿命预估装置，其特征在于，包括：
LD失效检测装置，用于检测半导体激光器是否失效并输出寿命数据；
温度调控装置，用于调控所述半导体激光器的工作温度并输出温度信号；
驱动电源，与所述半导体激光器电连接，用于为所述半导体激光器供电；
电流检测装置，与所述半导体激光器电连接，用于实时检测所述半导体激光器的工作电流并输出电流检测信号；
信息处理装置，用于接收所述寿命数据、所述温度信号和所述电流检测信号，并实现权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
8.根据权利要求7所述的半导体激光器寿命预估装置，其特征在于，所述温度调控装置包括高温箱，所述半导体激光器位于所述高温箱内，所述高温箱密封设置。
9.根据权利要求8所述的半导体激光器寿命预估装置，其特征在于，所述驱动电源、所述LD失效检测装置、所述电流检测装置和所述信息处理装置均位于所述高温箱外，所述半导体激光器固定连接有导光件，所述导光件将所述半导体激光器的发射光导向所述LD失效检测装置的检测位置。
10.根据权利要求7所述的半导体激光器寿命预估装置，其特征在于，所述温度调控装置包括温度检测仪和制冷装置，所述温度检测仪接触所述半导体激光器外壳；
所述温度检测仪与所述信息处理装置电连接并将检测到的温度信号输入所述信息处理装置；
所述信息处理装置与所述制冷装置电连接，并根据接收到的温度信号向所述制冷装置输出控制信号，所述制冷装置接收控制信号并对所述半导体激光器制冷控温。
11.根据权利要求10所述的半导体激光器寿命预估装置，其特征在于，所述制冷装置为冷水机或冷油机。
12.一种半导体激光器寿命预估装置，其特征在于，包括：
样本使用寿命获取模块，用于检测获取不同加速环境下半导体激光器的样本使用寿命；
线性拟合模块，用于将所述样本数据进行线性拟合以获得加速模型；
寿命预估模块，用于根据所述加速模型以及指定环境的参数获得在所述指定环境参数下半导体激光器的预期使用寿命。
13.根据权利要求12所述的半导体激光寿命预估装置，其特征在于，所述线性拟合模块包括：逆幂律加速模型模块，用于线性拟合样本使用寿命计算得到所述逆幂律加速模型中的常数值，获得预期使用寿命与电流应力的函数关系式；
阿伦尼斯加速模型模块，用于线性拟合样本使用寿命计算得到所述阿伦尼斯加速模型中的常数值，获得预期使用寿命和工作温度的函数关系。
14.根据权利要求12所述的半导体激光器寿命预估装置，其特征在于，所述寿命预估模块用于实现权利要求4或权利要求6中任一项所述的方法步骤。
15.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
16.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
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