半導體激光器參數(shù)

半導體激光器參數(shù)第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一半導體激光器的熱特性閾值電流隨有源區(qū)溫度的指數(shù)增長；電光轉(zhuǎn)換效率隨有源區(qū)溫度的指數(shù)下降；有源區(qū)溫度增加器件壽命下降；腔面溫度升高非輻射復合導致ＣＯＤ問題。有源區(qū)溫度控制大功率半導體激光器應(yīng)用的核心問題。第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一半導體激光器的散熱熱相關(guān)基礎(chǔ)知識單元器件的散熱結(jié)構(gòu)陣列器件的散熱結(jié)構(gòu)第3頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一熱量傳遞的基本方式導熱：物體各部分之間不發(fā)生相對位移時依靠微觀粒子熱運動而產(chǎn)生的熱量傳遞。對流：由于流體之間相對位移、冷熱流體相互摻混引起的熱量傳遞。熱輻射：通過電磁波來傳遞能量的方式稱為輻射第4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一幾個基本公式傅立葉定律（熱傳導）

q=-λ(dt/dx)λ：熱導率牛頓冷卻公式（對流散熱）

q=h（T1-T2）h:表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)斯泰藩-波爾茲曼定律（熱輻射）

q=ξA（T1-T2）第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一

固體中的熱傳導核心：目標物體溫度場函數(shù)t（x.y.z)的確定。穩(wěn)態(tài)無內(nèi)熱源情況下的Laplace方程第6頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一求解方法—解析函數(shù)法解析函數(shù)法：利用合理的數(shù)學語言把實際工況變換成導熱微分方程，然后利用數(shù)學物理方法解之，得到溫度場函數(shù)。適用領(lǐng)域：整體結(jié)構(gòu)簡單、理想化的情況。第7頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一求解方法—數(shù)值解法數(shù)值解法：利用有限個離散點值的集合表征物理場（量）的連續(xù)變化情況。適用領(lǐng)域：外形結(jié)構(gòu)比較復雜、很難獲得解析解的情況下。第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一熱阻概念的引入熱量的傳遞同自然界中的其它轉(zhuǎn)移過程，如電量的轉(zhuǎn)移、質(zhì)量的轉(zhuǎn)移有著共同的規(guī)律，可歸結(jié)為：過程中的轉(zhuǎn)移量=過程中的動力/過程中的阻力電學中這種規(guī)律性就是歐姆定律：傳熱學中此規(guī)律演變?yōu)椋?/p>

第9頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一半導體激光器的熱阻Φ為有源區(qū)產(chǎn)生的熱量：Φ=IV-Popt△t是有源區(qū)與冷卻介質(zhì)之間的溫度差Ｒ為有源區(qū)與冷卻介質(zhì)之間的熱阻，單位Ｋ／Ｗ降低有源區(qū)到冷卻介質(zhì)之間的熱阻是半導體激光熱控制的核心。第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一半導體激光單元器件依靠熱傳導、自然對流散熱，熱阻較高，熱阻約為５Ｋ／Ｗ左右第11頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一陣列器件熱沉的分類無源熱沉（passiveheatsinks)：

有源熱沉（activeheatsinks)：

第12頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一無源熱沉的熱結(jié)構(gòu)

(x=0,x=a)

(y=0,y=b);t=0(z=c)(z=0)

第13頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一計算結(jié)果利用傅立葉變換法求解以上方程組得到溫度場t（x,y,z）：第14頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一計算結(jié)果熱沉尺寸：25

257.5mm3熱流密度：4106W/m2λ=398W/m﹒K熱阻與熱沉長、寬的關(guān)系熱阻與熱沉厚度與長度的關(guān)系第15頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一半導體制冷半導體致冷也叫溫差電致冷是利用半導體材料的溫差電效應(yīng)——即珀爾帖效應(yīng)來實現(xiàn)致冷。把不同極性的兩種半導體材料（P型、N型），聯(lián)成電偶對，電流由N型元件流向P型元件時便吸收熱量，這個端面為冷面，電流由P型元件流向N型元件時便放出熱量，這個端面為熱面。體積小重量輕，具有致冷和加熱兩種功能：改變直流電源的極性，同一致冷器可實現(xiàn)加熱和致冷兩種功能。第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一無源熱沉的熱結(jié)構(gòu)第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一普通水冷熱沉第18頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一普通水冷熱沉牛頓冷卻公式（對流散熱）

q=hΔth:表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)第19頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一計算結(jié)果第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一基于普通水冷熱沉的亞封裝模塊第21頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一普通微通道熱沉第22頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一計算結(jié)果1mm腔長bar，80W連續(xù)工作，電光轉(zhuǎn)換效率60%，微通道壁和微通道寬度均為200um時的溫度分布。熱阻為0.29K/W.第23頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一熱阻的實驗測試熱阻0.34K/W第24頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一計算結(jié)果與實驗結(jié)果差異分析Bar自身結(jié)構(gòu)熱阻；焊接界面熱阻；微通道制備結(jié)構(gòu)與理想結(jié)構(gòu)差異。第25頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一背冷式微通道熱沉第26頁，共29頁，2023年，2月20日，星期一背冷式微通