Badania nad metodami rozpraszania ciepła w laserach półprzewodnikowych dużej mocy

Lasery półprzewodnikowe były po raz pierwszy badane z zagranicy. Najwcześniejsza technologia pochodziła ze Stanów Zjednoczonych i Japonii i była wykorzystywana głównie w wojsku. Wraz z iteracyjnym rozwojem technologii zaczęto ją stosować na rynku cywilnym i stosować w takich branżach jak optoelektronika i komunikacja. Wraz z rozwojem w moim kraju' narodowego przemysłu obronnego i produkcji optoelektronicznej, przemysł zaczął zwiększać zapotrzebowanie na lasery dużej mocy, a ludzie zaczęli również prowadzić badania nad urządzeniami półprzewodnikowymi dużej mocy . Podczas badań odkryto, że jakość światła tradycyjnych laserów półprzewodnikowych nie spełnia już potrzeb ludzi. Aby zwiększyć moc wyjściową laserów półprzewodnikowych, ludzie zaczęli stale ulepszać i analizować. W trakcie badań stwierdzono, że połowa energii elektrycznej lasera półprzewodnikowego podczas jego użytkowania jest zamieniana na energię cieplną. Jeśli sam laser półprzewodnikowy nie rozprasza dobrze ciepła, będzie to miało bezpośredni wpływ na żywotność i wykorzystanie lasera półprzewodnikowego. Dlatego problem rozpraszania ciepła jest pilnie potrzebny do rozwiązania przez naukowców. Jeden z problemów.

Klasyfikacja laserowych metod rozpraszania ciepła

Obecnie główne metody rozpraszania ciepła laserów dzielą się na tradycyjne metody rozpraszania ciepła i nowe metody rozpraszania ciepła. Tradycyjne metody rozpraszania ciepła obejmują: chłodzenie powietrzem, chłodzenie półprzewodnikowe, naturalne rozpraszanie ciepła przez konwekcję itp., a nowe metody rozpraszania ciepła obejmują: rozpraszanie ciepła typu flip chip i mikrokanałowe rozpraszanie ciepła.

Mechanizm rozpraszania ciepła półprzewodnikowych opakowań laserowych składa się głównie z chipa laserowego, warstwy spawalniczej, radiatora, warstwy metalowej i tak dalej. Warstwa spawalnicza w strukturze rozpraszania ciepła lasera półprzewodnikowego służy głównie do łączenia chipa i radiatora przez spawanie. Aby osiągnąć cel polegający na zmniejszeniu oporu cieplnego w przypadku stosowania laserów półprzewodnikowych dużej mocy, podczas lutowania często stosuje się niektóre materiały o stosunkowo wysokiej przewodności cieplnej, takie jak lut złoto-cynowy. Podczas całego procesu pakowania będzie wiele poziomów, poziomy te obejmują głównie: chip, warstwę lutowia, radiator, warstwę metalową, wykorzystując efekt przenoszenia ciepła radiatora i warstwy metalowej do przewodzenia energii cieplnej chipa laserowego, i wreszcie sprawić, by laser półprzewodnikowy tworzył dobre rozpraszanie ciepła, aby przedłużyć żywotność lasera.

Wydajność rozpraszania ciepła przez lasery półprzewodnikowe dużej mocy jest oceniana głównie na podstawie oporu cieplnego i strumienia ciepła. W ocenie należy zwrócić uwagę na strumień ciepła w ograniczonej temperaturze. Jeśli podczas analizy rozpraszania ciepła okaże się, że różnica temperatur między nimi jest stosunkowo duża, na powierzchni chipa laserowego pojawi się kondensacja. Po wystąpieniu tego problemu, oprócz wpływu na optyczną moc wyjściową, wpłynie to również na blokowanie długości fali, a nawet ze względu na złącze. Problemy z ekspozycją niszczą wydajność fotoelektryczną obwodu i ostatecznie wpływają na niezawodność. Obecnie powszechną metodą zmniejszania oporu cieplnego jest stosowanie materiałów przewodzących ciepło. Pojawienie się materiałów przewodnictwa cieplnego zapewnia więcej miejsca na optymalizację dla laserów w celu obniżenia temperatury.

Naturalna konwekcyjna metoda chłodzenia i rozpraszania ciepła radiatora Naturalna konwekcja radiatora i rozpraszanie ciepła polega na wykorzystaniu niektórych materiałów o wysokiej przewodności cieplnej w celu odebrania wytworzonego ciepła, a następnie rozproszenia ciepła poprzez naturalną konwekcję. Podczas badań naukowy i techniczny personel odkrył również, że żebra mogą również pomóc w rozpraszaniu ciepła i mogą zmaksymalizować szybkość wymiany ciepła w systemie rozpraszania ciepła podczas rozpraszania ciepła. Gdy temperatura jest taka sama, skok płetwy zmniejszy się wraz ze wzrostem wysokości płetwy. W przypadku zastosowania podłoża do ustawienia radiatora w pionie należy odpowiednio zwiększyć wysokość, a zwiększenie wysokości poprawia efekt rozpraszania ciepła. Taka metoda rozpraszania ciepła znacznie zmniejszy koszty użytkowania. W rzeczywistej pracy azotek miedzi lub aluminium jest często używany jako radiator, ale metoda radiatora nie może w pełni zaspokoić potrzeb rozpraszania ciepła w laserach półprzewodnikowych dużej mocy.

Metoda chłodzenia wodą z dużym kanałem

Jeśli chcesz obniżyć temperaturę radiatora, musisz zbudować kanał w radiatorze. Chcąc uzyskać efekt chłodzenia należy do tego kanału dodać określone źródło wody, aby nie opóźniać pracy lasera. W odpowiedzi na to naukowcy odkryli podczas swoich badań, że efekt rozpraszania ciepła w konstrukcji spoilera jest lepszy niż w przypadku tradycyjnej konstrukcji wnęki, ale wystąpi również wzrost ciśnienia w kanale. Badania wykazały, że chociaż duże kanały są szeroko stosowane, ze względu na ciągły wzrost mocy wyjściowej lasera, duże kanały chłodzenia wodą nie mogą już spełniać wymagań rozpraszania ciepła w laserach półprzewodnikowych dużej mocy.

Metoda chłodzenia natryskowego

Chłodzenie natryskowe polega na natryskiwaniu cieczy chłodzącej na powierzchnię wymiany ciepła za pomocą atomizacji za pomocą ciśnienia, aby osiągnąć cel chłodzenia. Główne cechy chłodzenia natryskowego to duży współczynnik przenikania ciepła i niski przepływ chłodziwa. Naukowcy odkryli, że przy użyciu wody jako medium i użyciu do eksperymentów dysz ze stałym stożkiem, mikrostrukturalna powierzchnia może zwiększyć efekt wymiany ciepła. Podczas badań stwierdzono, że wydajność chłodzenia natryskowego jest związana z natężeniem natrysku. Ponadto naukowcy odkryli również chłodnicę ze zmianą fazy natrysku. Podczas eksperymentu wysokość dyszy w urządzeniu do chłodzenia natryskowego i efekt rozpraszania ciepła są również bardzo ściśle powiązane.

Uwagi końcowe

Podsumowując, dwa najważniejsze czynniki poprawiające efekt rozpraszania ciepła to zmniejszenie oporu cieplnego systemu rozpraszania ciepła i zwiększenie strumienia ciepła. Przy zmniejszaniu oporu cieplnego można zastosować materiały o wysokiej przewodności cieplnej w celu jej zmniejszenia; przy zwiększeniu strumienia ciepła można w tym pomóc poprzez zwiększenie współczynnika przenikania ciepła końcówki rozpraszania ciepła. Ponieważ wskaźniki wydajności laserów dużej mocy stają się coraz wyższe, wiele metod nie spełnia już wymagań aplikacji. Więcej badaczy musi podejmować ciągłe wysiłki w celu zbadania bardziej odpowiednich metod rozpraszania ciepła dla laserów półprzewodnikowych dużej mocy.