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半导体激光器的热耗散功率

2023/10/18
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半导体激光器的热状态和工作方式有关,一般有三种工作方式:

1) 在直流驱动下的CW连续工作;

2)直流偏置在阈值附近的小信号调制

3)在脉冲状态下工作,常将具有高占空比的脉冲工作方式称为准连续QCW。

在QCW模式下的一个特立,占空比为1时就是连续工作模式,激光器所产生的热耗散功率为:

IV分别为激光器上的脉冲峰值工作电流和相应的电压,rs为串联电阻,Pp为输出的光脉冲峰值功率,T为脉冲宽度,f为脉冲重复频率。Tf称为占空比。Pp和占空比Tf之积为平均光功率,热耗散功率在激光器中产生的温升为:

rT为激光器的热阻。当占空比比较小的时候,激光器处在发热和散热的交替过程,不会有大量的热累计,然而在CW或QCW状态下,激光器的内部有大量的热累计,对激光器的运行是一种极大的考验,产生的温升和结区面积S有关,相当于加大了热阻,结区温度为:

J为激光器的工作电流密度, Rs=rsS;RT=rTS。

半导体激光器的热阻和使用的热沉、芯片与热沉的接触状况有关,例如InGaAsP/InP埋层异质结激光器,衬底接触热沉的热阻是76℃/W,而以相反一边(衬底朝上)接触热沉其热阻为44℃/W。激光器热沉是一个用于吸收和散发热量的组件,在激光器中起到非常重要的作用。激光器热沉通常有一个类似于铜或铝的底部,其上覆盖了一个热导率很高的材料。这个高热导率材料通常是金属或合金,比如铜、银、金、钨、钼等,它可以快速将热量从底部导出。

早期常用铜作为热沉,目前有用AlN,SiC、金刚石做热沉的。

性能也是差别较大。:

做热沉产品的一些常见公司:

目前成本来说金刚石的成本还是较贵,AlN的单价还可以接受,SiC也挺贵的。

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