Cercetări privind metodele de disipare a căldurii ale laserului semiconductor de mare putere

Laserele semiconductoare au fost studiate pentru prima dată din străinătate. Cea mai veche tehnologie a provenit din Statele Unite și Japonia și a fost folosită în principal în armată. Odată cu dezvoltarea iterativă a tehnologiei, aceasta a început să fie aplicată pe piața civilă și aplicată în industrii precum optoelectronica și comunicațiile. Odată cu dezvoltarea industriei naționale de apărare și a industriei de producție optoelectronice a țării mele', industria a început să crească cererea de lasere de mare putere, iar oamenii au început, de asemenea, să efectueze cercetări asupra dispozitivelor laser cu semiconductor de mare putere. . În timpul cercetării, s-a descoperit că calitatea luminii laserelor tradiționale cu semiconductor nu mai putea satisface nevoile oamenilor. Pentru a crește puterea de ieșire a laserelor semiconductoare, oamenii au început să se îmbunătățească și să analizeze continuu. În timpul cercetării, s-a constatat că jumătate din energia electrică a laserului semiconductor este convertită în energie termică atunci când este în uz. Dacă laserul semiconductor în sine nu disipează bine căldura, acesta va afecta în mod direct durata de viață și utilizarea laserului semiconductor. Prin urmare, problema disipării căldurii este urgentă pentru a fi rezolvată de cercetători acum. Una dintre probleme.

Clasificarea metodelor de disipare a căldurii laser

În prezent, principalele metode de disipare a căldurii ale laserelor sunt împărțite în metode tradiționale de disipare a căldurii și metode noi de disipare a căldurii. Metodele tradiționale de disipare a căldurii includ: răcirea cu aer, refrigerarea semiconductoarelor, disiparea căldurii prin convecție naturală etc., iar noile metode de disipare a căldurii includ: disiparea căldurii cu cip flip și disiparea căldurii pe microcanale.

Mecanismul de disipare a căldurii al ambalajului cu laser semiconductor este compus în principal din cip laser, strat de sudură, radiator, strat metalic și așa mai departe. Stratul de sudură din structura de disipare a căldurii a laserului semiconductor este utilizat în principal pentru a conecta cipul și radiatorul prin sudare. Pentru a atinge scopul de a reduce rezistența termică atunci când sunt utilizate lasere semiconductoare de mare putere, unele materiale cu conductivitate termică relativ ridicată, cum ar fi lipirea cu aur-staniu, sunt adesea folosite în timpul lipirii. Pe parcursul întregului proces de ambalare, vor exista mai multe niveluri, aceste niveluri includ în principal: cip, strat de lipit, radiator, strat de metal, folosind efectul de transfer de căldură al radiatorului și al stratului de metal pentru a conduce energia termică a cipului laser, și în cele din urmă faceți ca laserul semiconductor să formeze o disipare bună a căldurii pentru a prelungi durata de viață a laserului.

Performanța de disipare a căldurii a laserelor semiconductoare de mare putere este evaluată în principal prin rezistența termică și fluxul de căldură. În evaluare, trebuie acordată atenție fluxului de căldură la temperatură limitată. Dacă se constată că diferența de temperatură dintre cele două este relativ mare în timpul analizei disipării căldurii, va apărea condens pe suprafața cipului laser. După ce apare această problemă, pe lângă afectarea puterii optice de ieșire, va afecta și blocarea lungimii de undă și chiar din cauza joncțiunii. Problemele de expunere afectează performanța fotoelectrică a circuitului și în cele din urmă afectează fiabilitatea. În prezent, o metodă comună de reducere a rezistenței termice este utilizarea materialelor cu conductivitate termică. Apariția materialelor cu conductivitate termică oferă mai mult spațiu de optimizare laserelor pentru a scădea temperatura.

Metoda de răcire a radiatorului cu convecție naturală și disipare a căldurii Răcirea radiatorului și disiparea căldurii prin convecție naturală este utilizarea unor materiale cu conductivitate termică ridicată pentru a elimina căldura generată și apoi a disipa căldura prin convecție naturală. În timpul cercetării, cercetările științifice și tehnice De asemenea, personalul a constatat că aripioarele pot ajuta, de asemenea, la disiparea căldurii și pot maximiza rata de transfer de căldură în sistemul de disipare a căldurii atunci când disipează căldura. Când temperatura este aceeași, pasul aripioarelor va scădea pe măsură ce înălțimea aripioarelor crește. Când utilizați substratul pentru a plasa radiatorul vertical, înălțimea trebuie mărită în mod corespunzător, iar efectul de disipare a căldurii este îmbunătățit prin creșterea înălțimii. O astfel de metodă de disipare a căldurii va reduce o mulțime de costuri atunci când este utilizată. În munca efectivă, nitrura de cupru sau de aluminiu este adesea folosită ca radiator, dar metoda radiatorului nu poate satisface pe deplin nevoile de disipare a căldurii ale laserelor semiconductoare de mare putere.

Metoda de răcire cu apă cu canal mare

Dacă doriți să reduceți temperatura radiatorului, trebuie să construiți un canal în radiatorul. Dacă doriți să obțineți efectul de răcire, trebuie să adăugați o anumită sursă de apă la acest canal, pentru a nu întârzia lucrul laserului. Ca răspuns la aceasta, cercetătorii au descoperit în timpul cercetării că efectul de disipare a căldurii al structurii spoilerului este mai bun decât cel al structurii tradiționale a cavității, dar va avea loc și creșterea presiunii în canal. Cercetările au descoperit că, deși canalele mari sunt utilizate pe scară largă, din cauza creșterii continue a puterii de ieșire a laserului, canalele mari de răcire cu apă nu mai pot îndeplini cerințele de disipare a căldurii ale laserelor semiconductoare de mare putere.

Metoda de răcire prin pulverizare

Răcirea prin pulverizare este pulverizarea lichidului de răcire pe suprafața de transfer de căldură prin atomizare cu ajutorul presiunii pentru a atinge scopul răcirii. Principalele caracteristici ale răcirii prin pulverizare sunt coeficientul mare de transfer de căldură și debitul scăzut de lichid de răcire. Cercetătorii au descoperit că atunci când se utilizează apă ca mediu și se folosesc duze conice solide pentru experimente, suprafața microstructurată poate crește efectul de schimb de căldură. În timpul studiului, s-a constatat că performanța de răcire a răcirii prin pulverizare este legată de debitul de pulverizare. În plus, cercetătorii au descoperit și un răcitor cu schimbare de fază de pulverizare. În timpul experimentului, înălțimea duzei din dispozitivul de răcire prin pulverizare și efectul de disipare a căldurii sunt, de asemenea, foarte strâns legate.

Concluzii finale

Per total, cei mai critici doi factori pentru îmbunătățirea efectului de disipare a căldurii sunt reducerea rezistenței termice a sistemului de disipare a căldurii și creșterea fluxului de căldură. La reducerea rezistenței termice se pot folosi materiale cu conductivitate termică ridicată pentru a o reduce; la creșterea fluxului de căldură, acesta poate fi ajutat prin creșterea coeficientului de transfer de căldură al terminalului de disipare a căldurii. Pe măsură ce indicatorii de performanță ai laserelor de mare putere devin din ce în ce mai mari, multe metode nu mai pot îndeplini cerințele aplicației. Mai mulți cercetători trebuie să depună eforturi continue pentru a studia, astfel încât să găsească metode mai potrivite de disipare a căldurii pentru laserele cu semiconductori de mare putere.