Istraživanje metoda odvođenja topline poluvodičkog lasera velike snage
Poluvodički laseri su prvi put proučavani iz inozemstva. Najranija tehnologija potječe iz Sjedinjenih Država i Japana, a uglavnom se koristila u vojsci. Iterativnim razvojem tehnologije počeo se primjenjivati na civilnom tržištu i primjenjivati u industrijama kao što su optoelektronika i komunikacije. S razvojem nacionalne obrambene industrije moje zemlje&i industrije optoelektronske proizvodnje, industrija je počela povećavati potražnju za laserima velike snage, a ljudi su također počeli provoditi istraživanja o poluvodičkim laserskim uređajima velike snage . Tijekom istraživanja otkriveno je da kvaliteta svjetlosti tradicionalnih poluvodičkih lasera više ne može zadovoljiti potrebe ljudi. Kako bi povećali izlaznu snagu poluvodičkih lasera, ljudi su se počeli kontinuirano usavršavati i analizirati. Tijekom istraživanja utvrđeno je da se polovica električne energije poluvodičkog lasera pretvara u toplinsku energiju kada je u uporabi. Ako sam poluvodički laser ne odvodi dobro toplinu, to će izravno utjecati na životni vijek i korištenje poluvodičkog lasera. Stoga je problem odvođenja topline hitno potrebno riješiti istraživačima. Jedan od problema.
Klasifikacija metoda laserskog odvođenja topline
Trenutno su glavne metode odvođenja topline lasera podijeljene na tradicionalne metode odvođenja topline i nove metode odvođenja topline. Tradicionalne metode odvođenja topline uključuju: hlađenje zrakom, hlađenje poluvodiča, prirodno odvođenje topline konvekcijom, itd., a nove metode odvođenja topline uključuju: odvođenje topline flip chip i mikrokanalno odvođenje topline.
Mehanizam odvođenja topline poluvodičkog laserskog pakiranja uglavnom se sastoji od laserskog čipa, sloja za zavarivanje, hladnjaka, metalnog sloja i tako dalje. Sloj za zavarivanje u strukturi odvođenja topline poluvodičkog lasera uglavnom se koristi za spajanje čipa i hladnjaka zavarivanjem. Kako bi se postigla svrha smanjenja toplinskog otpora kada se koriste poluvodički laseri velike snage, tijekom lemljenja se često koriste neki materijali s relativno visokom toplinskom vodljivošću, poput zlatno-kositrenog lema. Tijekom cijelog procesa pakiranja bit će mnogo razina, te razine uglavnom uključuju: čip, sloj lemljenja, hladnjak, metalni sloj, koristeći učinak prijenosa topline hladnjaka i metalnog sloja za provođenje toplinske energije laserskog čipa, i konačno napraviti poluvodički laser Formirati dobro rasipanje topline kako bi se produžio vijek trajanja lasera.
Učinak odvođenja topline poluvodičkih lasera velike snage uglavnom se ocjenjuje toplinskim otporom i toplinskim fluksom. Pri ocjenjivanju treba obratiti pozornost na toplinski tok na ograničenoj temperaturi. Ako se tijekom analize odvođenja topline utvrdi da je temperaturna razlika između njih relativno velika, na površini laserskog čipa pojavit će se kondenzacija. Nakon što se ovaj problem pojavi, osim što će utjecati na optičku izlaznu snagu, utjecat će i na zaključavanje valne duljine, pa čak i zbog spoja. Problemi s izloženošću oštećuju fotoelektrične performanse kruga i u konačnici utječu na pouzdanost. Trenutačno je uobičajena metoda za smanjenje toplinskog otpora korištenje materijala toplinske vodljivosti. Pojava materijala toplinske vodljivosti pruža više prostora za optimizaciju za lasere za snižavanje temperature.
Prirodna konvekcijska metoda hlađenja i odvođenja topline Prirodno konvekcijsko hlađenje i odvođenje topline je korištenje nekih materijala s visokom toplinskom vodljivošću za odvođenje proizvedene topline, a zatim rasipanje topline prirodnom konvekcijom. Tijekom istraživanja, znanstveno i tehničko Osoblje je također otkrilo da peraja također mogu pomoći u rasipanju topline i mogu maksimizirati brzinu prijenosa topline u sustavu odvođenja topline prilikom odvođenja topline. Kada je temperatura ista, nagib peraja će se smanjivati kako se visina peraja povećava. Kada koristite podlogu za postavljanje hladnjaka okomito, visinu je potrebno na odgovarajući način povećati, a povećanjem visine poboljšava se učinak odvođenja topline. Takva metoda odvođenja topline će smanjiti mnogo troškova kada se koristi. U stvarnom radu, bakreni ili aluminij nitrid se često koristi kao hladnjak, ali metoda hladnjaka ne može u potpunosti zadovoljiti potrebe za rasipanjem topline poluvodičkih lasera velike snage.
Metoda vodenog hlađenja velikog kanala
Ako želite sniziti temperaturu hladnjaka, trebate izgraditi kanal u hladnjaku. Ako želite postići učinak hlađenja, potrebno je ovom kanalu dodati određeni izvor vode, kako ne bi odgodio rad lasera. Kao odgovor na to, istraživači su tijekom svog istraživanja otkrili da je učinak odvođenja topline strukture spojlera bolji od učinka tradicionalne strukture šupljine, ali će također doći do povećanja tlaka u kanalu. Istraživanje je pokazalo da iako se veliki kanali široko koriste, zbog kontinuiranog povećanja izlazne snage lasera, veliki kanali vodenog hlađenja više ne mogu zadovoljiti zahtjeve za rasipanje topline poluvodičkih lasera velike snage.
Metoda hlađenja sprejom
Hlađenje raspršivanjem je raspršivanje rashladne tekućine na površinu za prijenos topline raspršivanjem uz pomoć pritiska kako bi se postigla svrha hlađenja. Glavne karakteristike hlađenja raspršivanjem su veliki koeficijent prijenosa topline i nizak protok rashladne tekućine. Istraživači su otkrili da kada se koristi voda kao medij i koriste se čvrste konusne mlaznice za eksperimente, mikrostrukturirana površina može povećati učinak izmjene topline. Tijekom istraživanja ustanovljeno je da je učinak hlađenja raspršivanjem povezan sa brzinom protoka raspršivanja. Osim toga, istraživači su također otkrili hladnjak za promjenu faze raspršivanja. Tijekom pokusa, visina mlaznice u uređaju za hlađenje raspršivačem i učinak odvođenja topline također su vrlo usko povezani.
Zaključne napomene
Sve u svemu, dva najkritičnija čimbenika za poboljšanje učinka odvođenja topline su smanjenje toplinskog otpora sustava za odvođenje topline i povećanje toplinskog toka. Prilikom smanjenja toplinskog otpora mogu se koristiti materijali visoke toplinske vodljivosti za njegovo smanjenje; kod povećanja toplinskog toka može se pomoći povećanjem koeficijenta prijenosa topline terminala za odvođenje topline. Kako pokazatelji izvedbe lasera velike snage postaju sve veći i viši, mnoge metode više ne mogu zadovoljiti zahtjeve primjene. Više istraživača mora ulagati stalne napore u proučavanje, kako bi pronašli prikladnije metode odvođenja topline za poluvodičke lasere velike snage.
