Дослідження методів розсіювання тепла високопотужним напівпровідниковим лазером
Напівпровідникові лазери вперше почали вивчати з-за кордону. Найдавніша технологія виникла зі Сполучених Штатів і Японії і в основному використовувалася в армії. З ітеративним розвитком технології його почали застосовувати на цивільному ринку та застосовуватися в таких галузях, як оптоелектроніка та зв’язок. З розвитком національної оборонної промисловості моєї країни' та промисловості оптоелектронного виробництва, промисловість почала збільшувати попит на потужні лазери, і люди також почали проводити дослідження потужних напівпровідникових лазерних пристроїв . Під час досліджень було виявлено, що якість світла традиційних напівпровідникових лазерів більше не може задовольняти потреби людей. Щоб збільшити вихідну потужність напівпровідникових лазерів, люди почали постійно вдосконалюватися та аналізувати. У ході досліджень було виявлено, що половина електричної енергії напівпровідникового лазера перетворюється в теплову енергію під час його використання. Якщо сам напівпровідниковий лазер погано розсіює тепло, це безпосередньо вплине на термін служби та використання напівпровідникового лазера. Тому зараз дослідникам необхідно терміново вирішувати проблему тепловіддачі. Одна з проблем.
Класифікація методів лазерного тепловідведення
В даний час основні методи тепловідведення лазерів поділяються на традиційні методи тепловідведення та нові методи тепловідведення. Традиційні методи розсіювання тепла включають повітряне охолодження, напівпровідникове охолодження, природну конвекційну тепловіддачу тощо, а нові методи тепловіддачі включають: розсіювання тепла через перекидну мікросхему та мікроканальне тепловідведення.
Механізм розсіювання тепла напівпровідникової лазерної упаковки в основному складається з лазерного чіпа, зварювального шару, радіатора, металевого шару тощо. Зварювальний шар у структурі тепловіддачі напівпровідникового лазера в основному використовується для з’єднання мікросхеми та радіатора за допомогою зварювання. Для досягнення мети зниження теплового опору при використанні потужних напівпровідникових лазерів під час пайки часто використовують деякі матеріали з відносно високою теплопровідністю, наприклад, золото-олов'яний припій. Протягом усього процесу пакування буде багато рівнів, в основному ці рівні включають: чіп, шар припою, радіатор, металевий шар, використовуючи ефект теплопередачі радіатора та металевого шару для проведення теплової енергії лазерного чіпа, і, нарешті, зробити напівпровідниковий лазер сформованим хорошим тепловідведенням, щоб продовжити термін служби лазера.
Ефективність розсіювання тепла потужних напівпровідникових лазерів в основному оцінюється за тепловим опором і тепловим потоком. При оцінці слід звернути увагу на тепловий потік при обмеженій температурі. Якщо під час аналізу тепловіддачі буде виявлено, що різниця температур між ними є відносно великою, на поверхні лазерного чіпа з’явиться конденсат. Після виникнення цієї проблеми, крім впливу на оптичну вихідну потужність, вона також вплине на блокування довжини хвилі, і навіть через перехід. Проблеми з експозицією пошкоджують фотоелектричні характеристики схеми і в кінцевому підсумку впливають на надійність. В даний час поширеним методом зниження теплового опору є використання теплопровідних матеріалів. Поява теплопровідних матеріалів надає більше простору для оптимізації лазерів для зниження температури.
Спосіб охолодження та тепловідведення природною конвекцією. Природне охолодження та тепловідведення – це використання деяких матеріалів з високою теплопровідністю для відведення тепла, а потім розсіювання тепла за допомогою природної конвекції. Під час дослідження науково-технічні дослідження Персонал також виявив, що ребра також можуть допомогти розсіювати тепло і можуть максимізувати швидкість теплопередачі в системі розсіювання тепла під час розсіювання тепла. Якщо температура однакова, крок ребер буде зменшуватися зі збільшенням висоти ребра. При використанні підкладки для вертикального розміщення радіатора висоту необхідно відповідним чином збільшити, а ефект відведення тепла покращується за рахунок збільшення висоти. Такий спосіб відведення тепла значно знизить витрати при використанні. У реальній роботі нітрид міді або алюмінію часто використовується як радіатор, але метод тепловідведення не може повністю задовольнити потреби в тепловіддачі потужних напівпровідникових лазерів.
Метод водяного охолодження великого каналу
Якщо ви хочете знизити температуру радіатора, вам потрібно побудувати канал в радіаторі. Якщо ви хочете досягти ефекту охолодження, вам потрібно додати в цей канал певне джерело води, щоб не затримувати роботу лазера. У відповідь на це дослідники під час своїх досліджень виявили, що ефект розсіювання тепла спойлерної конструкції кращий, ніж у традиційної порожнинної конструкції, але також буде відбуватися підвищення тиску в каналі. Дослідження показали, що хоча великі канали широко використовуються, через безперервне збільшення вихідної потужності лазера, великі канали водяного охолодження більше не можуть задовольняти вимоги до тепловіддачі потужних напівпровідникових лазерів.
Метод охолодження розпиленням
Розпилювальне охолодження - це розпилення охолоджуючої рідини на поверхню теплообміну шляхом розпилення за допомогою тиску для досягнення мети охолодження. Основними характеристиками розпилювального охолодження є великий коефіцієнт тепловіддачі і низький витрата теплоносія. Дослідники виявили, що при використанні води в якості середовища та використання твердих конусних насадок для експериментів мікроструктурована поверхня може збільшити ефект теплообміну. Під час дослідження було виявлено, що продуктивність охолодження розпиленням пов’язана зі швидкістю потоку розпилення. Крім того, дослідники також виявили охолоджувач зі зміною фази розпилення. Під час експерименту висота сопла в пристрої охолодження розпиленням і ефект розсіювання тепла також дуже тісно пов’язані.
Заключні зауваження
Загалом, два найбільш важливих чинники для покращення ефекту тепловідведення – це зниження теплового опору системи тепловідведення та збільшення теплового потоку. При зниженні термічного опору для його зниження можна використовувати матеріали з високою теплопровідністю; при збільшенні теплового потоку цьому може допомогти збільшення коефіцієнта тепловіддачі терміналу тепловіддачі. Оскільки показники продуктивності потужних лазерів стають все вище і вище, багато методів більше не можуть відповідати вимогам застосування. Більше дослідників потрібно докладати постійних зусиль для вивчення, щоб знайти більш підходящі методи розсіювання тепла для потужних напівпровідникових лазерів.
