半导体激光器焊接的热分析

为了解决大功率半导体激光器的散热问题,利用有限元软件ANSYS,采用稳态热模拟方法,分析了半导体激光器内部的温度分布情况,对比分析了In、SnPb、AuSn几种不同焊料烧结激光器管芯对激光器热阻的影响。由模拟结果可见,焊料的厚度和热导率对激光器热阻影响很大,在保证浸润性和可靠性的前提下,应尽量减薄焊料厚度。另外,采用高导热率的热沉材料和减薄热沉厚度可有效降低激光器热阻。在这几种焊接方法中,采用In焊料Cu热沉焊接的激光器总热阻最小,是减小激光器热阻的最佳选择。通过光谱法测出了激光器热阻,验证了模拟结果,为优化激光器的封装设计提供了参考依据。     

半导体激光器散热技术研究及进展

在半导体大功率激光器的各种关键技术中,散热问题的解决是一个极其关键的技术。因为半导体激光器能产生很高的峰值功率,这些器件的电光转换效率为40%~50%,即所输入的电能50%~60%都转换为热能。在管芯焊接的地方产生的热流量大约为1KW.cm-2。这种热负载是限制激光器正常工作的关键因素。半导体激光器列阵与叠阵散热问题解决会直接关系到激光器的使用寿命,导致激光器有源区温度的迅速提高,从而引起激光器的光学灾变,甚至烧毁半导体激光器。大功率激光器列阵及叠阵在高功率的二极管泵浦固态激光器(DPSSL)系统中有很大的应用,市场发展潜力很大。因此,有必要发展大功率激光器列阵及叠阵。随着大功率激光器列阵及叠阵的迅速发展,与其有关的关键技术也应该加以研究。     

大功率半导体激光器载体设计

激光器工作时由于存在各种非辐射复合损耗和自由载流子吸收等损耗机制,使注入到器件中的部分电功率转换成热耗散在激光器内,直接影响激光器的效率和寿命,因此散热处理一直是一个引人注意的焦点。采用微通道载体解决大功率半导体激光器阵列连续工作时散热问题,通过ANSYS软件模拟优化结构参数,实验测得了大功率半导体激光器阵列热阻。     

大功率半导体激光器模块散热结构的数值优化

考虑大功率半导体激光bar外延结构中GaAs衬底热阻导致p、n面散热的非对称性,利用商用有限元软件Ansys对目前常用的DPSSL侧泵浦源亚封装子模块的散热性能进行了分析和结构优化,并根据优化结构实际制备出3 bar激光线阵泵浦源,其连续输出功率超过120 W,中心波长为807.7 nm,光谱宽度(FWHM)为2.8 nm.该数值分析结果对根据实际需要设计、封装出不同结构尺寸的大功率半导体激光泵浦源模块具有现实的指导意义.     

微通道散热大功率半导体激光器研究

基于GaInAs/AlGaAs应变量子阱大光腔结构激光器芯片和无氧铜微通道热沉,采用In焊料烧结工艺,制作了976nm大功率连续激光器单条。在20℃热沉冷却条件下,输入电流110A时,输出功率104.9W,电光转换效率达到最大值64%。输入电流300A时,输出功率276.6W,电光转换效率达到54.2%。对激光器单条的热阻以及特征温度进行了测试分析,根据分析结果模拟了激光器单条在大电流下的输出特性,模拟结果显示热饱和是限制激光器最大输出功率的原因。因此,为了提高大功率激光器的输出功率,需要进一步提高激光器的特征温度,并降低热阻以改善散热情况。     

使用金刚石膜热沉的半导体激光器特性研究

比较了使用金刚石膜热沉和传统的钢热沉的半导体激光二极管列阵在热阻和光输出功率方面的特性．与使用Cu热沉的器件相比，采用厚度为350～400μm，热导率在12～14W／（K·cm）的金刚石膜作为热沉的H极管列阵可使热阻降低45～50％，同值电流明显降低，而光输出功率提高25％，稳定性得到改善．表现出金刚石膜热沉在半导体器件散热方面的明显优势．     

用于大功率半导体激光器的新型焊料

在大功率半导体激光器列阵及叠阵的组装中,焊料的选择是极其关键的,因为焊料直接参与对激光器的导电、导热激光器所需的电流全部从焊料通过,而半导体激光器列阵或叠阵工作时电流是很大的,可达50A～100A。同时半导体激光器工作时产生的热量非常大,如焊料的导热性不好,由于电流的热效应,就会在焊料上产生巨大的热量,使焊料熔化。文中研制了一种新型的焊料,这种焊料在两层铟之间蒸镀几层金,焊料由钨/镍/金/铟/铜等多层金属构成。利用这种焊料研制出脉冲功率达100W的半导体激光器列阵。     

半导体致冷器在大功率激光器中的应用

论述了当前通信产品存在的热设计问题,介绍了通信设备中常见的散热方式、半导体致冷器的工作原理及特点.提出了大功率激光器基于半导体致冷器的散热方式,通过实验验证了半导体致冷器在大功率激光器散热中的效果.     

半导体制冷的大功率LED模组散热模拟

基于热电制冷原理,对采用半导体制冷器制冷的50W大功率LED模组系统散热进行模拟,研究了大功率LED结温(Tj)、半导体制冷器工作状态(冷热端温差ΔT)、散热器热阻(Θh-a)间的关系。模拟结果表明,采用半导体制冷的LED模组系统,存在一个Θh-a的最大限制值,只有Θh-a小于这一限制值时制冷器才能降低LED结温;随着所设计的制冷器ΔT增加,其制冷效率下降,而所要求的散热器散热强度先降低后升高;当Θh-a为定值时,制冷器的ΔT有一个最佳范围;使用多级半导体制冷来给LED模组系统散热更具有价值。     

大功率电子器件散热系统的数值模拟

针对大功率器件的散热状况,采用强迫水冷的散热系统设计方案,并依据国家有关标准与试验要求,应用有限元分析软件ANSYS对其水冷散热器的流场、温度场进行了数值模拟和系统分析.模拟结果不仅可以方便地观察到散热器内腔各处水流的饱和程度、流速及压力分布,而且可以得到功率器件、散热器和流体的温度分布;同时也验证了数值模拟方法的合理性,对散热器结构的优化设计提供了可靠的保证.     

连续工作的体布拉格光栅外腔半导体激光器的温度特性

对体布拉格光栅(VBG)作为波长选择元件的外腔半导体激光器的波长锁定进行了实验研究,报道了连续运转输出功率达43.5 W的半导体激光器阵列的体布拉格光栅波长锁定实验结果,给出了不同热沉温度下的稳定的波长锁定结果,说明采用体布拉格光栅外腔将减小半导体激光器的温控压力。实验中发现,随着注入电流的增大,输出激光功率逐渐增强,锁定的激射波长向长波长方向偏移。在输出功率为34.5 W时,波长红移约0.56 nm。这一移动与实验测量的体布拉格光栅的温度特性相吻合。连续和高占空比运行、高输出功率情况下,在器件的设计和使用时应该考虑这一效应。     

大功率半导体激光器二维阵列模块特性分析

根据固体激光器抽运的技术要求,设计了一种具有水冷装置的大功率半导体激光器二维阵列模块,并对半导体激光器热沉和致冷系统的热流进行了分析。在不同占空比下,对该模块进行了测试与分析。该模块的中心波长为810 nm,光谱半峰全宽(FWHM)为2.5 nm,工作电流为110 A(200μs,10%占空比),循环水温为15℃时输出峰值功率为280 W。结果表明,该封装结构在占空比小于5%时器件工作特性良好,在10%占空比下也可正常工作。利用该模块可以组合成多种几何结构、功率更高的半导体激光器组件。     

热沉尺寸对半导体激光器有源区温度的影响

半导体激光器随着输出功率的提高在各领域的应用日益广泛,但芯片温度升高引起的功率饱和问题仍然是目前研究的重点之一。利用ANSYS软件对工作波长为808nm的单芯片半导体激光器的芯片有源区温度与封装热沉尺寸的关系进行了稳态热分析,模拟得出不同热沉参数条件下封装激光器芯片有源区温度的变化曲线,并提出一种散热较好的结构方案。     

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。     

大功率半导体激光器应用

分析了大功率半导体激光器的特点，对它的发展现状进行简要的介绍，并结合实际应用，对大功率半导体激光器的设计进行了阐述。     

高功率光纤耦合半导体激光器在连续和脉冲高功率光纤激光器中的应用

阐述了高功率光纤耦合半导体激光器在连续和脉冲光纤激光器中的应用。通过实验研究,得到了输出功率30 w的1 060 nm的连续光纤激光输出和20 kW的脉冲峰值功率输出。     

大功率外腔半导体激光器的研究

介绍了一种用光栅作为外反馈元件，采用普通大功率半导体激光器管芯作为增益介质的方案。实验中实现了输出功率大于７０ｍＷ，边模抑制比大于３０ｄＢ。并对影响大功率外腔半导体激光器特性的参数进行了分析