应用于大功率激光二极管列阵的单片集成微通道制冷热沉

介绍了一种应用于大功率激光二极管列阵的新型单片集成微通道制冷热沉.这种热沉已制造并经过测试.10叠层的激光二极管列阵的热阻为0.121℃/W.相邻两个激光条的间距是1.17mm.在20%高占空比条件下,波长为808nm左右,峰值功率可以达到611W.     

高光束质量大功率半导体激光阵列的微通道热沉

针对现有高光束质量大功率半导体激光阵列内部发光单元条宽、填充因子不断减小,腔长不断增加的发展趋势所带来的热源分布及长度变化影响器件热阻的问题,利用分离热源边界条件结合商用计算流体力学(CFD)软件FLUENT进行数值计算,获得微通道热沉热阻随阵列器件发光单元条宽、空间位置变化关系以及不同阵列腔长对应的微通道优化长度.根据优化参数制备获得尢氧铜微通道热沉,并对宽1 cm,腔长1 mm,条宽100μm,填充因子为25%的半导体激光阵列进行散热能力测试,冷却器外形尺寸27 mm×11 mm×1.5 mm.微通道热沉热阻0.34 K/W,能够满足半导体激光阵列器件高功率集成输出的散热需求.     

基于微通道致冷的大功率LED阵列封装热分析

采用微通道致冷技术,设计了大功率LED阵列封装的微通道致冷结构,并应用热分析软件模拟了其热性能,探讨不同鳍片结构尺寸、流速、功率等参数对LED多芯片散热效果的影响.文中提出了采用交错通道以提高LED封装的散热能力,模拟结果显示,交错微通道致冷的封装结构能很好地满足大功率LED阵列的散热需要.     

新型微通道散热器设计仿真

在传统的硅基微通道散热器原理基础上,通过采用高热导率的散热板,以及特殊的变截面微通道阵列,实现微型散热器工作流体的整体稳定流动和短程均匀散热工作模式.采用ANSYS通用有限元分析软件,给出了典型换热单元在参考流速1 m/s,温度283 K初始状态下的流速场和温度场,散热器可输运5×107 W/m2的热通量,总热阻低至0.0106℃/W.仿真结果初步验证了设计构想的合理性,散热器有望拥有良好工作特性.     

高平均功率面阵二极管激光器封装

对激光二极管中冷却和界面联接热阻两个关键环节进行了分析 ,设计了一种五层结构的模块式铜微通道冷却器 ,对于腔长 0 .9mm、宽 1 0 mm的线阵激光器二极管 (DL )芯片热阻为0 .39°C/W。对冷却器进行了面阵 DL封装实验 ,在工作电流 5 2 A,电压 41 .4V时 ,封装的面阵 DL输出功率 1 0 0 5 W,电光效率 45 %,中心波长 80 7.3nm,谱宽约 2 .2 nm。经快轴准直后整个面阵输出激光的发散角小于 2°(快轴 )× 1 2°(慢轴 )。     

激光二极管抽运单块高斜度效率环形腔单频固体激光器

对于单块结构非平面环形腔单频固体激光器．谐振腔尺寸和输出耦合面偏振膜反射系数的选取是其获得单频、高效率、高功率输出的关键。采用琼斯矩阵的方法讨论了单块激光器获得单频输出的工作原理。通过对谐振腔回路琼斯矩阵特征值的平方及特征值平方差的计算，提出了在品体尺寸、磁场及抽运功率一定的情况下．通过对单块非平面环形腔输出耦合面偏振膜反射系数的设计来提高激光器的单频输出功率及斜度效率的方法。实验采用光纤耦合输出激光二极管(LD)纵向抽运单块激光器，当抽运功率最高用到2．83W时。获得了最大1．20W的1064nm单频激光输出．斜度效率达47．4％。     

60%电光效率高功率激光二极管阵列

设计并制备了980 nm高量子效率和极低光损耗的激光二极管(LD)外延材料和器件.微通道封装1 cm激光二极管阵列在连续(CW)工作条件下最大电光效率达到60.0%,相应的斜率效率和输出光功率分别为1.1W /A和38.2 W.测试得到外延材料的内损耗系数和内量子效率分别为0.58 cm-1和91.6%.测试分析表明,器件电光效率的提高主要在于新型的InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱和大光腔结构设计.     

大功率半导体激光侧面泵浦Nd：YAG板条激光器

用准连续６０Ｗ半导体激光侧面泵浦Ｎｄ：ＹＡＧ板条激光器，获得单脉冲能量３．５ｍＪ的激光输出，脉冲重复频率１～１００Ｈｚ，能量输出起伏小于±１％，光－光效率为１５％，斜效率为２９％。实现了声光调Ｑ、电光调Ｑ、ＢＤＮ染料和ＬｉＦ色心晶体被动调Ｑ的激光输出，最大峰值功率超过１００ｋＷ。     

激光二极管列阵抽运Nd:YAG/LBO大功率蓝光激光器

报道了激光二极管列阵(LDA)端面抽运全固体腔内倍频大功率蓝光激光技术的研究。采用复合Nd：YAG晶体作为增益介质，并利用半导体致冷器(TEC)对激光晶体的温度进行精密控制。倍频晶体采用Ⅰ类临界相位匹配方式切割的LBO晶体。谐振腔为Ⅴ型结构。根据大功率抽运条件下激光晶体热透镜效应严重，且热透镜的焦距会随着抽运功率的增大逐渐变短的特点，计算出最大抽运功率条件下激光晶体的热透镜焦距，依据此数据来优化谐振腔结构，使激光器实现最佳模式匹配和倍频效率，得到高效蓝光激光输出。在可吸收抽运功率为18．5W时，473nm蓝光激光输出功率为1．38w，抽运光-倍频光的光-转换效率为7．5％。     

大功率激光二极管阵列正向特性研究

大功率激光二极管阵列的正向特性失效问题严重影响器件的成品率和可靠性。对典型的失效现象进行了分类,确认了主要的失效现象是正向漏电。结合分阶段测试统计和对失效样品的显微分析,确定了造成激光二极管漏电的主要工艺环节以及工艺过程中机械损伤造成二极管漏电的机理。基于分析结果,改进了芯片结构设计和芯片工艺夹具。对改进后的芯片进行了统计实验验证,结果表明,激光二极管阵列的正向漏电问题得到基本解决,正向特性成品率从60%提高到90%以上。     

Thermal Analysis of a Novel Compact Packaged Passively Cooled Laser Diode Array

The temperature of a laser diode array chip must be maintained under a safe level during operation in order to achieve satisfactory performance and lifetime. In this paper, 3-D thermal analysis on diode heatsink is presented. The boundary condition at the bottom of heatsink is constant convective heat transfer coefficient. In addition, heat transfer in thermal-entry region of tubes is accounted for to calculate the convective heat transfer coefficient. Moreover, a 12 mm $times,$ 37 mm $times,$ 7 mm passively cooled laser diode array cooled by a base heatsink is demonstrated. Up to 62 W output power with an electrical-to-optical conversion efficiency of 49.2% are achieved. System thermal resistance of 0.77 K/W is obtained when the flow rate through the base heatsink with 0.8-mm-wide, 2-mm-high and 20-mm-long channels is 25 ${rm cm}^{3} /{rm s}$.      

基于扰流的蜂窝层叠微通道热沉散热实验研究

针对一种基于扰流作用的多层蜂窝形微通道热沉结构设计,在不同流量、不同加热功率、不同热沉设计尺寸等实验条件下时其进行了散热测试实验,对影响该系统性能的因素进行了分析和讨论.散热实验结果显示在热沉进出口管径采用外径为φ6 mm,内径为φ4 mm不锈钢毛细管时,其有效散热热流密度可达18.2 W/cm2,基板温度为48.3℃,微泵耗功为2.4 W,具有良好的换热效果.     

二极管激光阵列Talbot外腔锁相机理的实验研究

研究了二极管激光器阵列(DLA)独立单元的Talbot外腔锁相和多个单元的Talbot外腔锁相,验证了在大电流情况下单元内部可以实现Talbot外腔锁相,远场图样显示为高阶横模的锁定.多个单元的Talbot外腔锁相实验表明,随着发光单元个数的增加,DLA趋向于局部锁相.     

大功率激光二极管无助焊剂烧焊技术

烧焊质量对大功率激光二极管的可靠性及寿命影响很大.为获得良好的烧焊质量通常在烧焊过程中使用助焊剂,但是助焊剂残留物会因腐蚀作用对激光二极管的性能及寿命产生不利影响.对蚁酸气体保护下的激光二极管无助焊剂烧焊技术进行了研究,介绍了几种去除焊料表面氧化层的方法,重点对蚁酸气体保护的烧焊进行了原理分析,并结合实际经验给出了合适的工艺曲线,利用此曲线烧焊出一定数量的样品,与氢气保护烧焊的器件进行了相关参数比较,证实了蚁酸保护烧焊在焊料的浸润性、器件的热阻及剪切力方面具有明显优势.     

高平均功率全固态激光器

综述了近年来棒状、盘片、光纤和热容等高平均功率全固态激光器的进展和国内近期的工作.围绕限制激光器输出平均功率提高和激光光束质量下降的热效应问题,比较了各类激光器的优缺点.总结了减小或补偿无用热不利影响的现有技术手段,指出减小激光器热效应可能的技术途径.     

大功率激光二极管的精密恒温制冷系统

介绍了一种大功率激光二极管的精密恒温制冷系统,利用半导体制冷器对大功率激光二极管进行制冷和精密温控,构成全固态制冷系统。本系统使用ＰＣ机作为控制平台,采用自整定ＰＩＤ算法,人机界面友好,控制精度高,温控精度可达±０．１℃,激光二极管输出光功率波动峰峰值小于１．５‰。     

S波段大功率GaAs PHEMT单片放大器

GaAs单片集成电路具有体积小、质量轻和可靠性高等特性,已经成为微波领域重要的器件。采用MBE技术生长出双面掺杂AlGaAs/InGaAs PHEMT结构的外延材料,研制了高效率的GaAs PHEMT器件,S波段功率附加效率大于55%。建立了基于EEHEMT的大信号模型,利用ADS软件搭建了有耗匹配的二级放大电路拓扑结构,进行最佳效率匹配,得到优化电路。采用4英寸(1英寸=2.54cm)GaAs0.35μm标准工艺研制了AlGaAs/InGaAs/GaAsPHEMT MMIC电路,测试结果表明,在测试频率为2.2~3.4GHz,测试电压VDS为10V时,输出功率大于12W,功率增益大于22dB,功率附加效率大于40%。     

二维阵列二极管抽运的高功率Nd:YAG薄片激光器

介绍了适合高光束质量高平均功率的薄片型DPL原理,给出了设计原则并进行了实验.激光介质采用Nd:YAG,厚1 mm,增益区面积5 mm×7 mm,Nd掺杂浓度1.4%.用自行研制的CW1 kW铜微通道冷却二维阵列二极管激光抽运源,在20%占空比Q-CW抽运下,获得397 W输出,光-光转换效率39.3%.     

高占空比大功率激光器阵列

设计并研制了1cm长折射率渐变分别限制单量子阱(GRIN—SCH—SQW)单条激光器阵列。占空比为20％，在70A工作电流下，输出功率达到61．8W，阈值电流密度为220A／cm^2，斜率效率为1．1W／A，激射波长为808．2nm。     

高功率脉冲二极管激光电源

介绍一种高功率脉冲二极管激光电源。该电源采用达林顿功率模块对信号进行放大，具有高功率、大电流、调节方便等特点，可输出电流峰值１０～１５０Ａ、脉频２５～１０００Ｈｚ、脉宽５０～１０００μｓ范围内连续可调的稳定矩形脉冲，同时以一定的精度显示频率、脉宽、电流峰值。