半导体激光器参数

半导体激光器参数第一页，共二十九页，2022年，8月28日半导体激光器的热特性阈值电流随有源区温度的指数增长；电光转换效率随有源区温度的指数下降；有源区温度增加器件寿命下降；腔面温度升高非辐射复合导致ＣＯＤ问题。有源区温度控制大功率半导体激光器应用的核心问题。第二页，共二十九页，2022年，8月28日半导体激光器的散热热相关基础知识单元器件的散热结构阵列器件的散热结构第三页，共二十九页，2022年，8月28日热量传递的基本方式导热：物体各部分之间不发生相对位移时依靠微观粒子热运动而产生的热量传递。对流：由于流体之间相对位移、冷热流体相互掺混引起的热量传递。热辐射：通过电磁波来传递能量的方式称为辐射第四页，共二十九页，2022年，8月28日几个基本公式傅立叶定律（热传导）

q=-λ(dt/dx)λ：热导率牛顿冷却公式（对流散热）

q=h（T1-T2）h:表面传热系数斯泰藩-波尔兹曼定律（热辐射）

q=ξA（T1-T2）第五页，共二十九页，2022年，8月28日

固体中的热传导核心：目标物体温度场函数t（x.y.z)的确定。稳态无内热源情况下的Laplace方程第六页，共二十九页，2022年，8月28日求解方法—解析函数法解析函数法：利用合理的数学语言把实际工况变换成导热微分方程，然后利用数学物理方法解之，得到温度场函数。适用领域：整体结构简单、理想化的情况。第七页，共二十九页，2022年，8月28日求解方法—数值解法数值解法：利用有限个离散点值的集合表征物理场（量）的连续变化情况。适用领域：外形结构比较复杂、很难获得解析解的情况下。第八页，共二十九页，2022年，8月28日热阻概念的引入热量的传递同自然界中的其它转移过程，如电量的转移、质量的转移有着共同的规律，可归结为：过程中的转移量=过程中的动力/过程中的阻力电学中这种规律性就是欧姆定律：传热学中此规律演变为：

第九页，共二十九页，2022年，8月28日半导体激光器的热阻Φ为有源区产生的热量：Φ=IV-Popt△t是有源区与冷却介质之间的温度差Ｒ为有源区与冷却介质之间的热阻，单位Ｋ／Ｗ降低有源区到冷却介质之间的热阻是半导体激光热控制的核心。第十页，共二十九页，2022年，8月28日半导体激光单元器件依靠热传导、自然对流散热，热阻较高，热阻约为５Ｋ／Ｗ左右第十一页，共二十九页，2022年，8月28日阵列器件热沉的分类无源热沉（passiveheatsinks)：

有源热沉（activeheatsinks)：

第十二页，共二十九页，2022年，8月28日无源热沉的热结构

(x=0,x=a)

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

第十三页，共二十九页，2022年，8月28日计算结果利用傅立叶变换法求解以上方程组得到温度场t（x,y,z）：第十四页，共二十九页，2022年，8月28日计算结果热沉尺寸：25

257.5mm3热流密度：4106W/m2λ=398W/m﹒K热阻与热沉长、宽的关系热阻与热沉厚度与长度的关系第十五页，共二十九页，2022年，8月28日半导体制冷半导体致冷也叫温差电致冷是利用半导体材料的温差电效应——即珀尔帖效应来实现致冷。把不同极性的两种半导体材料（P型、N型），联成电偶对，电流由N型元件流向P型元件时便吸收热量，这个端面为冷面，电流由P型元件流向N型元件时便放出热量，这个端面为热面。体积小重量轻，具有致冷和加热两种功能：改变直流电源的极性，同一致冷器可实现加热和致冷两种功能。第十六页，共二十九页，2022年，8月28日无源热沉的热结构第十七页，共二十九页，2022年，8月28日普通水冷热沉第十八页，共二十九页，2022年，8月28日普通水冷热沉牛顿冷却公式（对流散热）

q=hΔth:表面传热系数第十九页，共二十九页，2022年，8月28日计算结果第二十页，共二十九页，2022年，8月28日基于普通水冷热沉的亚封装模块第二十一页，共二十九页，2022年，8月28日普通微通道热沉第二十二页，共二十九页，2022年，8月28日计算结果1mm腔长bar，80W连续工作，电光转换效率60%，微通道壁和微通道宽度均为200um时的温度分布。热阻为0.29K/W.第二十三页，共二十九页，2022年，8月28日热阻的实验测试热阻0.34K/W第二十四页，共二十九页，2022年，8月28日计算结果与实验结果差异分析Bar自身结构热阻；焊接界面热阻；微通道制备结构与理想结构差异。第二十五页，共二十九页，2022年，8月28日背冷式微通道热沉第二十六页，共二十九页，2022年，8月28日背冷式