千瓦级连续激光二极管面阵及微沟道冷却组件

千瓦级连续激光二极管面阵由30个40W的808nm连续激光二极管条组成,按要求排列成5×6矩阵,发光孔径12mm×70mm。每个激光二极管条安装在微沟道冷却封装组件上,依靠高压冷却水通过微沟道维持连续运行。面阵的30个二极管条的电路串联,冷却水道并联,恒流电流50A时,发射连续1060W,808nm波长的激光,平均功率密度126W/cm2。5个K型热电偶安装在面阵不同位置测量激光二极管底部附近硅热沉的温度随耗散热功率的增加,面阵整体热阻的测量值为0.009℃/W。千瓦级连续面阵可用于抽运大功率固体激光器,也可用于材料表面热处理。     

微沟道冷却器的散热分析

对增加激光二极管的发光功率密度，可把微沟道散热器看作数百个平行的微小翅片，建立一个微沟道散热的数学模型，以此计算出的泵压极限和热阻系数与文献（１）的实验结果一致。     

高功率激光二极管的准被动热沉

本文报道了一种新型高功率激光二极管的热沉,它具有极佳的高热流处理和温度控制能力。热沉采用高速流动的液体冷却液在小型封闭的管道内循环。二极管的废热可以快速地释放到周围环境、冷却液、热管、或减少热流量的结构中。当泵浦固态或碱性蒸汽激光器时,二极管波长可以被电子调谐到激光增益介质的吸收特性中。本文描述了热沉的物理原理、工程设计、性能模型和配置。     

复合型微通道热沉设计与制作技术研究

从大功率半导体激光器可靠性封装和应用考虑,利用商用有限元软件Abaqus与CFdesign对微通道热沉材料、结构进行优化设计,结合相应的制造工艺流程制备实用化复合型微通道热沉。微通道热沉尺寸为27 mm×10.8 mm×1.5 mm,并利用大功率半导体激光阵列器件对所制备热沉进行散热能力、封装产生的"微笑效应"进行了测试,复合微通道热沉热阻约0.3 K/W,"微笑"值远小于无氧铜微通道封装线阵列,可以控制在1μm以下。复合型微通道热沉能满足半导体激光阵列器件高功率集成输出的散热需求与硬焊料封装的可靠性要求。     

多孔侧肋双层微通道热沉构形优化

建立了多孔侧肋双层微通道复合热沉模型,选取最大热阻最小化为优化目标、热沉单元端面纵横比为优化变量,在热沉总体积和流体区域体积占比给定的条件下,对复合热沉进行了构形优化,并分析了冷却剂入口速度、多孔材料孔隙率、上下通道高度比、流体区域体积占比、肋厚比等参数对热沉最优构形的影响.结果表明:给定初始条件,优化热沉单元端面纵横比,可使最大热阻减小21.19％;在热沉单元端面纵横比较小时,减小孔隙率有利于降低最大热阻,而在热沉单元端面纵横比较大时,存在最优的孔隙率使得最大热阻最小;上下通道高度比和肋厚比的改变均未影响热沉最优构形.     

两相冲击强化换热激光二极管用单片热沉

针对大功率激光二极管(LD)的冷却需求,基于沸腾-空化耦合效应,以及场协同理论,研制了一种微通道两相冲击强化相变热沉,封装腔长1.5 mm的LD线阵。实验测试了连续功率LD输出0~100 W时的电-光转换效率以及电流-输出功率等特性,冷却工质采用R134a,磁驱齿轮泵电机转速23 Hz时热沉热阻为0.211℃/W。结果显示微通道相变热沉具有良好的取热能力,能够满足大功率LD的散热要求。与改进前的热沉相比,基于场协同理论优化了的两相冲击热沉,热阻明显下降。     

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.     

电子封装的简化热模型研究

集成电路的飞速发展使得从封装到电子设备的单位体积功耗和发热量不断增加。电子系统散热问题需要在设计阶段就通过热仿真予以充分考虑和预测。电子封装作为电子系统的最小组成部分,其简化模型的优劣直接影响电子系统热分析的速度和准确性。本文主要讨论单芯片封装稳态简化热模型的建立。先后介绍了从最简单的单热阻模型到目前广为关注的边界条件独立的DELPHI简化模型的结构。其中着重分析了两热阻模型和DELPHI模型的建模方法及过程。     

采用热增强封装的150V N沟道MOSFET

SiA446DJ是一款采用小尺寸、热增强型SC-70封装的150V N沟道M0SFET,其占位面积为2mm×2mm,在10VF具有业内最低的导通电阻,可通过减少传导和开关损耗,在各种空间受限的应用中提高效率。     

CVD金刚石热沉封装高功率半导体激光器的热特性

本文以自支撑CVD金刚石膜作为半导体激光器线阵的封装热沉,从而改进其热特性。首先,以电子辅助化学气相沉积(EACVD)制备自支撑金刚石膜。在沉积工艺中,提出了优化O_2流量刻蚀非金刚石相,使金刚石膜品质得到改进,从而提高其导热率。然后,测试了基于不同氧流量下制备金刚石热沉封装的半导体激光器线阵的电光特性,并对封装器件的热特性进行了分析。结果表明:通入O_2流量为每分钟5 sccm时,制备的金刚石热沉导热率可达1 812.3 WK^-1m^-1。O_2流量5 sccm制备金刚石热沉的封装器件的斜率效率为1.30 W/A,电光转换效率最大值可达60.6%。在连续波30 A时,该封装器件的光谱红移波长为2.02 nm,器件工作温度降低4.9 K。器件的传热路径热阻降低28.4%,表现出优异的可靠性。     

用圆柱透镜准直半导体激光光束的分析

根据光线传输的基本原理 ,讨论了半导体激光器快轴方向发散光束通过圆柱透镜后的准直特性以及光强分布的改变 ,为正确认识和使用微圆柱透镜改善半导体激光快轴方向光束的发散提供了理论依据     

双曲柱面-平面透镜对半导体激光光束的准直性能

根据光线传播的基本原理,位于偏心率恰为相对折射率的双曲折射面外侧焦点上的点光源所发出的发散光,经折射后可成为较为理想的准直光束、因而可以制作用于半导体激光二极管条快轴方向准直的双曲柱面-平面透镜。本文通过计算和推导,用解析式表达并讨论了半导体激光器快轴方向发散光束通过双曲柱面-平面透镜后的半宽度、光强分布和光能转换效率,为正确认识和使用微双曲柱面-平面透镜改善半导体激光快轴方向光束的发散,提高光束质量提供了理论依据。     

脉冲半导体激光器驱动电源的设计

简要介绍了脉冲半导体激光器驱动电源的设计原理,重点阐述了电路设计中,可能危及脉冲半导体激光器安全工作的几个隐患,同时针对隐患如何从电路上解决,提出解决办法。文中最后给出了设计的驱动电源的实测电路波形。     

GaN-based blue laser diode with 6.0 W of output power under continuous-wave operation at room temperature

In this work,we reported the room-temperature continuous-wave operation of 6.0 W GaN-based blue laser diode(LD),and its stimulated emission wavelength is around 442 nm.The GaN-based high power blue LD is grown on a c-plane GaN substrate by metal organic chemical vapor deposition(MOCVD),and the width and length of the ridge waveguide structure are 30 and 1200 μm,respectively.The threshold current is about 400 mA,and corresponding threshold current density is 1.1 kA/cm2.     

152 W high-power blue diode laser operated at 447 nm

We demonstrate a high-power blue diode laser operated at 447 nm combining laser diodes using an optical fiber bundle. As many as 127 diode lasers at 447 nm were coupled into 400 μm/0.22NA fibers using an aspherical lens group with different focus lengths. The bare fibers were mechanically bundled through high temperature ultraviolet adhesive after the coatings of the 127 fibers were stripped. The diameter of the fiber bundle was 6 mm. The total output power of such a bundle was 152 W with electro-optical conversion efficiency of 27.56% and the RMS power instability was less than ± 1% within 3 h.     

半导体激光器在不同制冷条件下散热研究

对半导体激光器在不同制冷条件下的散热进行实验研究.通过设计温度测试系统,分别在被动制冷、单条水路主动制冷和U型回路主动制冷的条件下,测量了多个高功率LD在不同工作电流下的温度,研究了在不同制冷条件下LD温度随电流的变化,发现U型回路主动制冷条件下,LD的散热效果最好.     

激光二极管线阵光束变换研究

推导出激光二极管线阵光束通过透镜系统的光强分布表达式，分析了出射光束的传输特性，设计一种凹柱透镜的光束变换系统得到一维均匀光强分布。此外，给出扩展角宽度的计算公式。     

用于半导体激光器的棱镜组光束整形方法

随着半导体激光器应用的日益广泛,半导体激光的光束质量在二维方向极不均衡的特点限制了它的应用范围.采用一种等腰直角棱镜组的整形方法,可实现二维方向的光束质量均匀化.实验中整形后快慢轴的光束质量比较接近,整形效率达到90%.经过整形的半导体激光器可以作为高功率固体激光器和光纤激光器的抽运源使用.     

大功率半导体激光驱动电源的研制

介绍了一种利用单片机控制的大功率半导体激光驱动电源。系统采用恒流源、光功率反馈、继电保护、慢启动、慢关闭等软保护措施,实现对半导体激光器输出光功率的软调整及有效保护。同时,采用半导体温度控制技术,对半导体激光器进行恒温控制,从而实现了半导体激光器光功率稳定、可靠、准确输出。经实验证明,在0℃-40℃的环境温度下,该驱动电源可使激光器的光功率稳定度优于0.5%;温度控制精度优于±0.3℃。