Raziskave metod odvajanja toplote polprevodniškega laserja velike moči
Polprevodniške laserje so najprej preučevali iz tujine. Najstarejša tehnologija izvira iz Združenih držav in Japonske in je bila v glavnem uporabljena v vojski. Z ponavljajočim se razvojem tehnologije se je začela uporabljati na civilnem trgu in uporabljati v panogah, kot sta optoelektronika in komunikacije. Z razvojem nacionalne obrambne industrije in industrije optoelektronske proizvodnje v moji državi&je industrija začela povečevati povpraševanje po visoko zmogljivih laserjih, ljudje pa so začeli izvajati tudi raziskave polprevodniških laserskih naprav visoke moči. . Med raziskavo je bilo ugotovljeno, da kakovost svetlobe tradicionalnih polprevodniških laserjev ne more več zadovoljiti potreb ljudi. Da bi povečali izhodno moč polprevodniških laserjev, so se ljudje začeli nenehno izboljševati in analizirati. Med raziskavo je bilo ugotovljeno, da se polovica električne energije polprevodniškega laserja, ko je v uporabi, pretvori v toplotno energijo. Če sam polprevodniški laser ne odvaja toplote dobro, bo to neposredno vplivalo na življenjsko dobo in uporabo polprevodniškega laserja. Zato morajo raziskovalci zdaj nujno rešiti problem odvajanja toplote. Ena od težav.
Klasifikacija metod laserskega odvajanja toplote
Trenutno so glavne metode odvajanja toplote laserjev razdeljene na tradicionalne metode odvajanja toplote in nove metode odvajanja toplote. Tradicionalne metode odvajanja toplote vključujejo: zračno hlajenje, polprevodniško hlajenje, naravno konvekcijsko odvajanje toplote itd., nove metode odvajanja toplote pa vključujejo: odvajanje toplote s preklopnim čipom in mikrokanalno odvajanje toplote.
Mehanizem odvajanja toplote polprevodniške laserske embalaže je v glavnem sestavljen iz laserskega čipa, varilnega sloja, hladilnega telesa, kovinske plasti in tako naprej. Varilna plast v strukturi za odvajanje toplote polprevodniškega laserja se uporablja predvsem za povezavo čipa in hladilnega telesa z varjenjem. Da bi dosegli namen zmanjšanja toplotne odpornosti pri uporabi polprevodniških laserjev velike moči, se med spajkanjem pogosto uporabljajo nekateri materiali z relativno visoko toplotno prevodnostjo, kot je zlato-kositerna spajka. Med celotnim postopkom pakiranja bo veliko nivojev, te ravni vključujejo predvsem: čip, plast spajkanja, hladilno telo, kovinsko plast, z uporabo učinka prenosa toplote hladilnega telesa in kovinske plasti za prevajanje toplotne energije laserskega čipa, in končno naredite polprevodniški laser za dobro odvajanje toplote za podaljšanje življenjske dobe laserja.
Učinkovitost odvajanja toplote visoko zmogljivih polprevodniških laserjev se v glavnem ocenjuje s toplotno odpornostjo in toplotnim tokom. Pri ocenjevanju je treba biti pozoren na toplotni tok pri omejeni temperaturi. Če se med analizo odvajanja toplote ugotovi, da je temperaturna razlika med obema razmeroma velika, se bo na površini laserskega čipa pojavila kondenzacija. Ko se pojavi ta težava, bo poleg vpliva na optično izhodno moč vplivala tudi na zaklepanje valovne dolžine in celo zaradi stičišča. Težave z izpostavljenostjo poškodujejo fotoelektrično zmogljivost vezja in na koncu vplivajo na zanesljivost. Trenutno je običajna metoda za zmanjšanje toplotne odpornosti uporaba toplotno prevodnih materialov. Pojav toplotno prevodnih materialov zagotavlja več prostora za optimizacijo laserjev za znižanje temperature.
Hlajenje in odvajanje toplote z naravno konvekcijo Hlajenje in odvajanje toplote z naravno konvekcijo je uporaba nekaterih materialov z visoko toplotno prevodnostjo za odvzem ustvarjene toplote in nato odvajanje toplote z naravno konvekcijo. Med raziskavo so znanstvene in tehnične Osebje je tudi ugotovilo, da lahko rebra pomagajo pri odvajanju toplote in lahko povečajo hitrost prenosa toplote v sistemu za odvajanje toplote pri odvajanju toplote. Ko je temperatura enaka, se bo naklon plavuti zmanjšal, ko se višina plavuti poveča. Pri navpični postavitvi hladilnega telesa s substratom je treba višino ustrezno povečati, učinek odvajanja toplote pa se izboljša s povečanjem višine. Takšen način odvajanja toplote bo ob uporabi zmanjšal veliko stroškov. Pri dejanskem delu se bakrov ali aluminijev nitrid pogosto uporablja kot hladilno telo, vendar metoda hladilnega telesa ne more v celoti zadovoljiti potreb po odvajanju toplote polprevodniških laserjev velike moči.
Metoda vodnega hlajenja z velikim kanalom
Če želite znižati temperaturo hladilnega telesa, morate v hladilniku zgraditi kanal. Če želite doseči učinek hlajenja, morate v ta kanal dodati določen vodni vir, da ne zamujate z delom laserja. Kot odgovor na to so raziskovalci med raziskavo ugotovili, da je učinek odvajanja toplote pri strukturi spojlerja boljši kot pri tradicionalni strukturi votline, vendar bo prišlo tudi do povečanja tlaka v kanalu. Raziskave so pokazale, da čeprav se veliki kanali pogosto uporabljajo, zaradi nenehnega povečevanja izhodne moči laserja, veliki kanali za vodno hlajenje ne morejo več izpolnjevati zahtev po odvajanju toplote visoko zmogljivih polprevodniških laserjev.
Metoda hlajenja s pršilom
Hlajenje s pršenjem je razpršitev hladilne tekočine na površino za prenos toplote s pomočjo atomizacije s pomočjo tlaka, da se doseže namen hlajenja. Glavne značilnosti hlajenja s pršenjem so velik koeficient toplotne prehodnosti in nizek pretok hladilne tekočine. Raziskovalci so ugotovili, da lahko mikrostrukturirana površina pri uporabi vode kot medija in uporabi trdnih stožčastih šob za eksperimente poveča učinek izmenjave toplote. Med študijo je bilo ugotovljeno, da je učinkovitost hlajenja pri hlajenju z razprševanjem povezana s pretokom škropiva. Poleg tega so raziskovalci odkrili tudi hladilnik za spremembo faze razprševanja. Med poskusom sta tudi višina šobe v napravi za hlajenje razpršila in učinek odvajanja toplote zelo tesno povezani.
Zaključne opombe
Na splošno sta dva najbolj kritična dejavnika za izboljšanje učinka odvajanja toplote zmanjšanje toplotne odpornosti sistema za odvajanje toplote in povečanje toplotnega toka. Pri zmanjševanju toplotne odpornosti se lahko za njeno zmanjšanje uporabijo materiali z visoko toplotno prevodnostjo; pri povečanju toplotnega toka si lahko pomagamo s povečanjem koeficienta prenosa toplote terminala za odvajanje toplote. Ker so kazalniki učinkovitosti laserjev velike moči vedno višji, mnoge metode ne morejo več izpolnjevati zahtev uporabe. Več raziskovalcev si mora nenehno prizadevati za študij, da bi našli ustreznejše metode odvajanja toplote za polprevodniške laserje velike moči.
