Исследование методов рассеивания тепла мощным полупроводниковым лазером

Полупроводниковые лазеры впервые были изучены из-за рубежа. Самые ранние технологии возникли в Соединенных Штатах и ​​Японии и в основном использовались в вооруженных силах. С итеративным развитием технологий он начал применяться на гражданском рынке и применяться в таких отраслях, как оптоэлектроника и связь. С развитием национальной оборонной промышленности и оптоэлектронной промышленности в моей стране, промышленность начала увеличивать спрос на мощные лазеры, и люди также начали проводить исследования мощных полупроводниковых лазерных устройств. . В ходе исследования было обнаружено, что качество света традиционных полупроводниковых лазеров больше не может удовлетворять потребности людей. Чтобы увеличить выходную мощность полупроводниковых лазеров, люди начали постоянно улучшать и анализировать. В ходе исследования было обнаружено, что половина электрической энергии полупроводникового лазера преобразуется в тепловую при его использовании. Если сам полупроводниковый лазер плохо рассеивает тепло, это напрямую влияет на срок службы и использование полупроводникового лазера. Поэтому проблема отвода тепла требует немедленного решения исследователями. Одна из проблем.

Классификация методов отвода лазерного тепла

В настоящее время основные методы отвода тепла лазерами делятся на традиционные методы отвода тепла и новые методы отвода тепла. К традиционным методам отвода тепла относятся: воздушное охлаждение, охлаждение полупроводников, отвод тепла естественной конвекцией и т. Д., А к новым методам отвода тепла относятся: отвод тепла с помощью перевернутого кристалла и отвод тепла через микроканалы.

Механизм рассеивания тепла упаковки полупроводникового лазера в основном состоит из лазерного чипа, сварочного слоя, радиатора, металлического слоя и так далее. Сварочный слой в структуре рассеивания тепла полупроводникового лазера в основном используется для соединения чипа и радиатора с помощью сварки. Для достижения цели снижения теплового сопротивления при использовании мощных полупроводниковых лазеров во время пайки часто используются некоторые материалы с относительно высокой теплопроводностью, такие как припой золото-олово. Во время всего процесса упаковки будет много уровней, эти уровни в основном включают: чип, слой припоя, теплоотвод, металлический слой, с использованием эффекта теплопередачи теплоотвода и металлического слоя для проведения тепловой энергии лазерного чипа, и, наконец, сделать полупроводниковый лазер хорошим отводом тепла, чтобы продлить срок службы лазера.

Эффективность рассеивания тепла мощными полупроводниковыми лазерами в основном определяется термическим сопротивлением и тепловым потоком. При оценке следует обращать внимание на тепловой поток при ограниченной температуре. Если во время анализа тепловыделения обнаружится, что разница температур между ними относительно велика, на поверхности лазерного чипа появится конденсат. После возникновения этой проблемы, помимо влияния на выходную оптическую мощность, это также повлияет на фиксацию длины волны, и даже из-за перехода. Проблемы с экспонированием ухудшают фотоэлектрические характеристики схемы и, в конечном итоге, влияют на надежность. В настоящее время распространенным методом уменьшения термического сопротивления является использование материалов с теплопроводностью. Появление теплопроводных материалов дает лазерам больше возможностей для оптимизации понижения температуры.

Охлаждение радиатора естественной конвекцией и метод отвода тепла Охлаждение радиатора естественной конвекцией и отвод тепла заключается в использовании некоторых материалов с высокой теплопроводностью для отвода выделяемого тепла, а затем отвода тепла посредством естественной конвекции. Персонал также обнаружил, что ребра также могут способствовать рассеиванию тепла и могут максимизировать скорость теплопередачи в системе рассеивания тепла при рассеивании тепла. При одинаковой температуре шаг ребра будет уменьшаться с увеличением высоты ребра. При использовании подложки для вертикального размещения радиатора высоту необходимо соответствующим образом увеличить, а эффект рассеивания тепла улучшается за счет увеличения высоты. Такой метод отвода тепла значительно снизит затраты при использовании. В реальной работе нитрид меди или алюминия часто используется в качестве радиатора, но метод радиатора не может полностью удовлетворить потребности в рассеивании тепла мощных полупроводниковых лазеров.

Метод водяного охлаждения с большим каналом

Если вы хотите снизить температуру радиатора, вам нужно проделать в радиаторе канал. Если вы хотите добиться охлаждающего эффекта, вам нужно добавить в этот канал определенный источник воды, чтобы не задерживать работу лазера. В ответ на это исследователи в ходе своих исследований обнаружили, что эффект рассеивания тепла структурой спойлера лучше, чем у традиционной конструкции с полостью, но также будет происходить повышение давления в канале. Исследования показали, что, хотя большие каналы широко используются, из-за непрерывного увеличения выходной мощности лазера большие каналы водяного охлаждения больше не могут соответствовать требованиям к рассеиванию тепла мощных полупроводниковых лазеров.

Метод охлаждения распылением

Распылительное охлаждение - это распыление охлаждающей жидкости на поверхность теплопередачи путем распыления с помощью давления для достижения цели охлаждения. Основными характеристиками струйного охлаждения являются большой коэффициент теплопередачи и низкий расход охлаждающей жидкости. Исследователи обнаружили, что при использовании воды в качестве среды и использовании твердотельных конических форсунок для экспериментов микроструктурированная поверхность может увеличить эффект теплообмена. В ходе исследования было обнаружено, что охлаждающая способность распылительного охлаждения связана со скоростью распыляемого потока. Вдобавок исследователи обнаружили охладитель с фазовым переходом в распылении. Во время эксперимента высота сопла в устройстве распылительного охлаждения и эффект рассеивания тепла также очень тесно связаны.

Заключительные замечания

В целом, два наиболее важных фактора для улучшения эффекта рассеивания тепла - это снижение теплового сопротивления системы рассеивания тепла и увеличение теплового потока. При снижении термического сопротивления можно использовать материалы с высокой теплопроводностью для его уменьшения; при увеличении теплового потока этому может помочь увеличение коэффициента теплоотдачи теплоотвода терминала. Поскольку показатели эффективности мощных лазеров становятся все выше и выше, многие методы больше не могут соответствовать требованиям приложения. Большему количеству исследователей необходимо прилагать постоянные усилия для изучения, чтобы найти более подходящие методы рассеивания тепла для мощных полупроводниковых лазеров.