用于大功率激光二极管列阵的硅基微通道热沉研制

将田口稳健设计方法用于面向大功率激光二极管列阵的硅基屋脊式微通道热沉的优化设计,利用正交试验和信噪比分析实现了参数的稳健优化。采用激光二极管条对样品进行了封装和测试。利用砷化镓激光波长的温度漂移系数估算出了中间的激光二极管条的有源区温升。测试结果表明,该微通道热沉的单位面积热阻约为0.070 K•cm2/W,与有限元分析结果基本一致。     

溢流微通道热沉优化设计

在微型冷却器装置中采用短微通道比采用长微通道具有更高的热传递效率。为了实现高传热系数,文中设计了内部结构为溢流形式的微通道结构。该研究的目的是确定一个参数集,以便优化微通道器件内部的热分布。文中使用ANSYS 软件对溢流形式微通道结构的参数进行了优化分析。实验测量结果与仿真结果吻合良好。     

铜铝微通道热沉的三维数值结构优化

在恒定泵功0.05 W条件下,对水冷铜基和铝基微通道热沉对流换热进行详细数值模拟和结构优化。通过将数值预测结果与前人已发表的试验结果进行对比,验证所使用的数值模型的正确性。同时讨论在恒定泵功下微通道几何结构对微通道热沉中温度分布的影响。模拟结果显示水冷铜基微通道热沉最优的几何结构参数为通道深为580μm,通道宽为90μm,通道密度为100个/cm;铝基微通道热沉最优的几何结构参数为通道深为620μm,通道宽为80μm,通道密度为100个/cm。     

雷达功率组件的金刚石微通道热沉激光加工工艺

为研究雷达功率组件金刚石微通道热沉的加工难题,开展了飞秒激光加工多晶金刚石微流道的工艺研究,仿真模拟了飞秒激光作用于金刚石表面的温度场分布,以及诱导去除过程,理论与实验研究了金刚石的烧蚀阈值,系统研究了激光能量、扫描速度、扫描次数、焦点位置等参量及其优化工艺参数对金刚石微槽尺寸的影响规律.结果表明:当飞秒激光功率大于0...     

波状细通道热沉熵产研究

基于锯齿形细通道热沉,提出一种波状细通道热沉,并采用CFD软件对3种细通道热沉进行模拟分析。结果表明,低进口流体Re数时,锯齿形细通道热沉的传热能力略高于波状细通道热沉。     

三角形与梯形凹槽微通道流动换热特性试验研究

为研究壁面凹槽对微通道热沉流动和传热性能的影响,设计了两种侧壁具有不同凹槽结构的微通道热沉模型,以去离子水作为流体介质展开试验,并通过综合进出口压降、摩擦因子、加热面温度、努塞尔数和综合传热因子评价侧壁凹槽结构对流动换热特性的影响。结果表明,当凹槽开口长度同为1 mm、开口倾角同为25°时,三角形凹槽微通道的压降相对于梯形凹槽最高提高了9.36%;当加热功率同为240 W、入口温度同为20℃时,三角形凹槽微通道散热能力始终大于梯形凹槽微通道;当通道内雷诺数处于试验设定的500～3 500区间时,三角形凹槽微通道的流动与传热综合性能始终优于梯形凹槽微通道;设计微通道热沉侧壁凹槽结构应优先考虑三角形凹槽结构。     

微通道热沉设计技术初探

半导体器件越小,单位面积的热生成率越大,温度急剧升高导致器件性能改变,因此必须对器件产生的废热进行有效处理.1981年,Tuckerman和Pease提出了利用强迫对流方法致冷微通道的概念,可用于高速电脑芯片、激光二极管阵列、无线电与微波频率放大器等高功率电子器件的有效散热.介绍了微通道热沉的相关物理概念,讨论了几何参数对歧管式微通道热沉冷却性能的影响.     

树形微通道热沉仿生建模及三维热流特性数值分析

对几种典型树叶进行参数测量,获得了各级叶脉直径、交角值及直径比例关系,在此基础上建立了树形微通道热沉的CAD模型,并对不同分形级数的双层微通道系统内的温度和流动特性分布进行了数值分析。结果表明,树形微通道具有更好的均温性,7级分形的树形微通道与6级和8级分形的树形微通道相比,所冷却芯片的温度更低,压降更小,具有更好的冷却效果。     

微通道传热的近似分析

本文概要地介绍了做通道传热的近似分析模型。     

Electroosmotically enhanced microchannel heat sinks

The present study investigates the microchannel heat sink for pure electroosmotic, pressure-driven, and mixed (electroosmotic and pressure-driven) flows. A three-dimensional numerical analysis is performed for electroosmotic and mixed flows. Electroosmotic flow (EOF) induced in an ionic solution in the presence of surface charge and electric field is investigated with hydrodynamic pressure-driven flow (PDF) to enhance heat removal through the microchannel heat sink. In a pressure-driven microchannel heat sink, the application of an external electric field increases the flow rate that consequently reduces the thermal resistance. The effects of ionic concentration represented by the zeta potential and Debye thickness are studied with the various steps of externally applied electric potential. A higher value of zeta potential leads to higher flow rate and lower thermal resistance, which consequently reduce the temperature of the microprocessor chip and load of the micropump used to supply coolant to the microchannels. This paper was recommended for publication in revised form by Associate Editor Do Hyung Lee Afzal Husain received B.E. and M.Tech. degrees in Mechanical Engineering with specialization in Thermal Sciences from Aligarh Muslim University, India in 2003 and 2005, respectively. Currently he is pursuing Ph.D. degree in Thermodynamics and Fluid Mechanics in Inha University, Republic of Korea. His research interests are numerical analysis and optimization of heat transfer systems using computational fluid dynamics and surrogate models, development of heat transfer augmentation techniques for conventional and micro systems, thermal analysis of microelectromechanical systems (MEMS), and electronic cooling. Kwang-Yong Kim received a B.S. degree from Seoul National University in 1978, and his M.S. and Ph.D. degrees from Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), Korea, in 1981 and 1987, respectively. Presently, he is professor and chairman, School of Mechanical Engineering, Inha University, Incheon, Korea. Prof. Kim is presently the editor-in-chief of Transactions of Korean Society of Mechanical Engineers (KSME), the editor-in-chief of International Journal of Fluid Machinery and Systems (IJFMS), and chief vice president of Korean Fluid Machinery Association (KFMA). Prof. Kim is Fellow of American Society of Mechanical Engineers (ASME).     

半导体激光器列阵的smile效应与封装技术

为了减小半导体激光器列阵在封装过程中引入热应力而产生的smile效应,提高半导体激光器列阵光束质量,利用对半导体激光器列阵发光点成像放大的方法,准确测量了半导体激光器列阵的smile效应,测量误差为±0.1μm。由于smile效应的准确测量能客观地比较减小smile效应的各种技术与方法,本文根据分析测量结果,提出了通过优化封装半导体激光器列阵焊接回流曲线的方法,使smile效应值控制在±0.5μm内。该方法减小了半导体激光器列阵的smile效应值,提高了激光器列阵光束质量,为下一步研制小芯径、高光束质量半导体激光器列阵光纤耦合模块提供了基础条件。     

880nm半导体激光器列阵及光纤耦合模块

为了使半导体激光泵浦Nd∶YVO4固体激光器能获得大功率、高光束质量、线偏振的激光输出,利用PICS3D软件设计了InGaAs/GaAs应变量子阱结构,制作了发射波长为880 nm的大功率半导体激光器列阵。该激光器列阵激射区单元宽为100μm,周期为200μm,填充因子为50%,激光器列阵CS封装模块室温连续输出功率达60.8 W,光谱半高全宽(FWHM)为2.4 nm。为进一步改善大功率半导体激光器列阵的光束质量,增加半导体激光端面泵浦功率密度,采用阶梯反射镜组对880 nm大功率半导体激光器列阵进行了光束整形,利用阶梯镜金属表面反射率受近红外波长变化影响小的特点,研制出高稳定性、大功率光纤耦合模块。模块输出功率为44.9 W,光-光耦合效率达73.8%,尾纤芯径Φ为400μm,数值孔径(NA)为0.22。     

半导体激光鼓膜造孔术的光学系统设计

设计并研制了一套可在视频监控和红光指示下实施半导体激光鼓膜造孔术的光学系统.首先,利用光束整形和波长合束技术将半导体激光单管出射的650 nm激光和半导体激光列阵出射的810 nm激光耦合到芯径为200 μm,数值孔径为0.22的光纤中;然后,利用消色差透镜准直光纤出射的双波长激光,再利用另一个消色差透镜将光束聚焦到耳鼓膜上,该聚焦镜可通过机械部件沿光轴方向移动,从而调节鼓膜上光斑的大小;成像部分则直接使用商用视频耳镜;热反射镜用于使激光和成像光同轴.手术时,根据显示器上的红色指示光斑确定造孔位置.测量结果显示:该系统出光孔处的激光功率在0～13.3 W间连续可调,造孔直径在1～3mm内连续可调.使用本系统可缩短手术时间,减少并发症;儿童患者手术时无需全身麻醉.另外,该系统还具有整机体积小、重量轻、电光转换效率高等优点.     

高功率半导体激光器列阵封装引入应变的测量

考虑高功率半导体激光器列阵在封装过程中引入的封装应变会影响激光器的功率、波长和可靠性,对激光器封装应变的测量进行了研究。基于激光器输出光的偏振度变化可反映激光器有源区中量子阱的带隙变化,采用电致发光谱法推导了高功率半导体激光器输出的偏振度值与有源区应变值的关系。对800nmGaAsP/GaInP高功率半导体激光器列阵有源区的应变进行了测量,测量结果与有限元模拟计算结果吻合较好。与理论计算出的有源区固有应变的对比结果显示,激光器芯片在封装过程中受到铜热沉的压缩,会将封装应变引入到有源区中,并且激光器中间的封装应变大于边缘的封装应变。另外,激光器有源区的应变起伏比较明显,认为这是由于采用电镀方法制备的铟焊接层中存在缺陷。测量得到的最大封装应变为1.370×10-3,缺陷密度为40.8%。得到的结果表明,激光器偏振度的测量能够正确反映激光器的缺陷和封装应变值,进而可以有效衡量激光器封装质量的好坏。     

半导体激光器阵列光束准直和聚焦系统设计

给出条阵半导体激光器光束消像散准直、聚焦的方法以及折 /衍混合准直微光学阵列系统和聚焦光学系统的设计方法 ,并设计了一准直聚焦光学系统 ,准直精度达 3mrad～ 4mrad,聚焦光斑尺寸小于 2 0 0μm     

屋脊式微通道热沉中关于热传递和流体问题的仿真分析

采用Fluent软件建立了一个屋脊式微通道的数值模型,选取了10组结构参数进行仿真分析,获得了屋脊式微通道的速度、温度等性能参数的数值仿真结果,得到了一组优化的结构设计参数,仿真结果证明,屋脊式微通道热沉可改善二极管激光器的散热能力。     

用于纳秒级窄脉冲工作的大功率半导体激光器模块

介绍了一种将脉冲半导体激光器发射应用系统中脉冲整形电路、驱动电路、激光器保护电路、激光器集成封装成一个激光器模块的方式。当激光器工作于纳秒级窄脉冲状态下时,激光器封装引腿所产生电抗会使得耦合进激光器的脉冲波形劣化,能量损失。为得到上升时间短,波形半宽窄,峰值功率大的光输出,改进激光器管芯的结构并采用混合光电子集成的方式将驱动电路和激光器管芯封装在一个模块内,使得窄脉冲电信号高效地耦合进半导体管芯。分析验证了改进后的激光器模块的各项输出参数均得到改善。同等条件下,改进后的模块在光脉冲宽度为4.5ns时,峰值功率比单独封装激光器提高6倍多。此激光器模块可以得到宽度7ns左右,峰值光功率176W的光脉冲输出。测试了该模块在脉冲宽度为7ns左右的U-P曲线。     

逆流冷凝塔热泵系统热质交换过程数值模拟研究

冷凝塔作为冷凝式热泵系统的重要组成部分,其热质交换过程对于降低能耗及热泵系统设计具有重要意义.以逆流冷凝塔热泵系统形式为基础,通过建立冷凝塔内热质交换过程的数学模型,推导出热质交换过程的通用计算方程组,并以贵阳地区的气象参数为参考,对不同工况下塔内热质交换情况进行模拟计算及具体分析.研究结果表明,不同入口空气参数对溶液...