半導(dǎo)體激光器邊緣絕熱封裝改善慢軸光束質(zhì)量
發(fā)布時(shí)間：2020-12-16 10:07
為了削弱激光器工作時(shí)芯片橫向溫度不均而導(dǎo)致的熱透鏡效應(yīng)對(duì)慢軸發(fā)散角的影響,提高慢軸的光束質(zhì)量,引入了邊緣絕熱封裝方式,即在激光器芯片兩側(cè)與過渡熱沉之間加入空氣隙,以降低兩側(cè)的傳導(dǎo)散熱。利用有限元分析軟件ANSYS 18.0對(duì)該封裝結(jié)構(gòu)中激光器芯片的溫度進(jìn)行仿真。結(jié)果表明:當(dāng)工作電流為1.6 A,芯片與熱沉的接觸寬為200μm時(shí),慢軸發(fā)散角由普通封裝時(shí)的11.5°減小至8.2°,降幅為28%,光束參數(shù)積和光束質(zhì)量因子也分別降低了28%和24%,熱阻增大了6%。邊緣絕熱封裝對(duì)器件激射波長、閾值電流、電光轉(zhuǎn)換效率的影響很小。
【文章來源】：中國激光. 2020年01期 北大核心
【文章頁數(shù)】：11 頁
【部分圖文】：
邊緣絕熱封裝原理示意圖
當(dāng)W為100 μm時(shí),不同熱功率(Pth)下半導(dǎo)體激光器邊緣絕熱封裝COS的溫度分布云圖如圖2所示。從圖2可以看出,芯片溫度的最高點(diǎn)在有源區(qū)中心,芯片出光面的溫度分布為從中心向兩側(cè)逐漸降低。慢軸(平行于PN結(jié))方向的溫度分布數(shù)據(jù)如圖3所示。從圖3可以看出:在W=100 μm的條件下,當(dāng)Pth=0.5 W時(shí),芯片的工作溫度在慢軸方向從兩側(cè)到中心由25.94 ℃升高到26.06 ℃,溫差為0.18 ℃,溫度梯度較小;當(dāng)Pth=1.5 W時(shí),芯片工作溫度在慢軸方向從兩側(cè)到中心由27.82 ℃升高到28.18 ℃,溫差為0.36 ℃;當(dāng)Pth從0.5 W升高至1.5 W時(shí),激光器芯片溫度整體升高了2 ℃,且芯片兩側(cè)與其中心區(qū)域的溫差增大,芯片橫向溫度梯度有所變大。隨著熱功率增大,芯片的結(jié)溫隨之升高,平行結(jié)平面方向的溫度分布變得陡峭,折射率變化明顯,由(8)、(9)式可以計(jì)算得到熱透鏡焦距隨熱功率的升高而減小,從而使得慢軸發(fā)散角隨熱功率的增大而增大。
從圖2可以看出,芯片溫度的最高點(diǎn)在有源區(qū)中心,芯片出光面的溫度分布為從中心向兩側(cè)逐漸降低。慢軸(平行于PN結(jié))方向的溫度分布數(shù)據(jù)如圖3所示。從圖3可以看出:在W=100 μm的條件下,當(dāng)Pth=0.5 W時(shí),芯片的工作溫度在慢軸方向從兩側(cè)到中心由25.94 ℃升高到26.06 ℃,溫差為0.18 ℃,溫度梯度較小;當(dāng)Pth=1.5 W時(shí),芯片工作溫度在慢軸方向從兩側(cè)到中心由27.82 ℃升高到28.18 ℃,溫差為0.36 ℃;當(dāng)Pth從0.5 W升高至1.5 W時(shí),激光器芯片溫度整體升高了2 ℃,且芯片兩側(cè)與其中心區(qū)域的溫差增大,芯片橫向溫度梯度有所變大。隨著熱功率增大,芯片的結(jié)溫隨之升高,平行結(jié)平面方向的溫度分布變得陡峭,折射率變化明顯,由(8)、(9)式可以計(jì)算得到熱透鏡焦距隨熱功率的升高而減小,從而使得慢軸發(fā)散角隨熱功率的增大而增大。3.2 不同接觸寬度W下激光器邊緣絕熱封裝COS的熱分析
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]980 nm高功率DBR半導(dǎo)體激光器的設(shè)計(jì)及工藝[J]. 喬闖,蘇瑞鞏,李翔,房丹,方鉉,唐吉龍,張寶順,魏志鵬. 中國激光. 2019(07)
[2]大功率半導(dǎo)體激光器波導(dǎo)熱透鏡效應(yīng)及對(duì)慢軸光束發(fā)散角的影響[J]. 宋健,高欣,閆宏宇,張曉磊,張哲銘,徐雨萌,顧華欣,劉力寧,薄報(bào)學(xué). 中國激光. 2018(10)
[3]高功率密度激光二極管疊層散熱結(jié)構(gòu)的熱分析[J]. 井紅旗,仲莉,倪羽茜,張俊杰,劉素平,馬驍宇. 發(fā)光學(xué)報(bào). 2016(01)
[4]高工作溫度抽運(yùn)用大功率激光二極管研究[J]. 陳宏泰,車相輝,徐會(huì)武,張世祖,林琳,任永學(xué),安振峰. 中國激光. 2010(11)
[5]高光束質(zhì)量大功率半導(dǎo)體激光陣列的熱特性[J]. 王智群,堯舜,崔碧峰,王智勇,沈光地. 中國激光. 2010(10)
[6]大功率半導(dǎo)體激光器陣列的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱行為[J]. 袁振邦,王警衛(wèi),吳迪,陳旭,劉興勝. 中國激光. 2009(08)
本文編號(hào)：2919979
【文章來源】：中國激光. 2020年01期 北大核心
【文章頁數(shù)】：11 頁
【部分圖文】：
邊緣絕熱封裝原理示意圖
當(dāng)W為100 μm時(shí),不同熱功率(Pth)下半導(dǎo)體激光器邊緣絕熱封裝COS的溫度分布云圖如圖2所示。從圖2可以看出,芯片溫度的最高點(diǎn)在有源區(qū)中心,芯片出光面的溫度分布為從中心向兩側(cè)逐漸降低。慢軸(平行于PN結(jié))方向的溫度分布數(shù)據(jù)如圖3所示。從圖3可以看出:在W=100 μm的條件下,當(dāng)Pth=0.5 W時(shí),芯片的工作溫度在慢軸方向從兩側(cè)到中心由25.94 ℃升高到26.06 ℃,溫差為0.18 ℃,溫度梯度較小;當(dāng)Pth=1.5 W時(shí),芯片工作溫度在慢軸方向從兩側(cè)到中心由27.82 ℃升高到28.18 ℃,溫差為0.36 ℃;當(dāng)Pth從0.5 W升高至1.5 W時(shí),激光器芯片溫度整體升高了2 ℃,且芯片兩側(cè)與其中心區(qū)域的溫差增大,芯片橫向溫度梯度有所變大。隨著熱功率增大,芯片的結(jié)溫隨之升高,平行結(jié)平面方向的溫度分布變得陡峭,折射率變化明顯,由(8)、(9)式可以計(jì)算得到熱透鏡焦距隨熱功率的升高而減小,從而使得慢軸發(fā)散角隨熱功率的增大而增大。
從圖2可以看出,芯片溫度的最高點(diǎn)在有源區(qū)中心,芯片出光面的溫度分布為從中心向兩側(cè)逐漸降低。慢軸(平行于PN結(jié))方向的溫度分布數(shù)據(jù)如圖3所示。從圖3可以看出:在W=100 μm的條件下,當(dāng)Pth=0.5 W時(shí),芯片的工作溫度在慢軸方向從兩側(cè)到中心由25.94 ℃升高到26.06 ℃,溫差為0.18 ℃,溫度梯度較小;當(dāng)Pth=1.5 W時(shí),芯片工作溫度在慢軸方向從兩側(cè)到中心由27.82 ℃升高到28.18 ℃,溫差為0.36 ℃;當(dāng)Pth從0.5 W升高至1.5 W時(shí),激光器芯片溫度整體升高了2 ℃,且芯片兩側(cè)與其中心區(qū)域的溫差增大,芯片橫向溫度梯度有所變大。隨著熱功率增大,芯片的結(jié)溫隨之升高,平行結(jié)平面方向的溫度分布變得陡峭,折射率變化明顯,由(8)、(9)式可以計(jì)算得到熱透鏡焦距隨熱功率的升高而減小,從而使得慢軸發(fā)散角隨熱功率的增大而增大。3.2 不同接觸寬度W下激光器邊緣絕熱封裝COS的熱分析
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]980 nm高功率DBR半導(dǎo)體激光器的設(shè)計(jì)及工藝[J]. 喬闖,蘇瑞鞏,李翔,房丹,方鉉,唐吉龍,張寶順,魏志鵬. 中國激光. 2019(07)
[2]大功率半導(dǎo)體激光器波導(dǎo)熱透鏡效應(yīng)及對(duì)慢軸光束發(fā)散角的影響[J]. 宋健,高欣,閆宏宇,張曉磊,張哲銘,徐雨萌,顧華欣,劉力寧,薄報(bào)學(xué). 中國激光. 2018(10)
[3]高功率密度激光二極管疊層散熱結(jié)構(gòu)的熱分析[J]. 井紅旗,仲莉,倪羽茜,張俊杰,劉素平,馬驍宇. 發(fā)光學(xué)報(bào). 2016(01)
[4]高工作溫度抽運(yùn)用大功率激光二極管研究[J]. 陳宏泰,車相輝,徐會(huì)武,張世祖,林琳,任永學(xué),安振峰. 中國激光. 2010(11)
[5]高光束質(zhì)量大功率半導(dǎo)體激光陣列的熱特性[J]. 王智群,堯舜,崔碧峰,王智勇,沈光地. 中國激光. 2010(10)
[6]大功率半導(dǎo)體激光器陣列的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱行為[J]. 袁振邦,王警衛(wèi),吳迪,陳旭,劉興勝. 中國激光. 2009(08)
本文編號(hào)：2919979
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