（文章來源：laser）

半導(dǎo)體激光器有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)地方，例如體積質(zhì)量小，電光轉(zhuǎn)變的高效等優(yōu)勢(shì)地方，因?yàn)檫@些優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)致使半導(dǎo)體激光器已經(jīng)被使用在了各個(gè)行業(yè)中。半導(dǎo)體激光器通常情況友最基礎(chǔ)的發(fā)光單管進(jìn)行組合，發(fā)光單管可形成多個(gè)Bar條，再由多個(gè) Bar條形成一定的疊陣。因?yàn)槲覈雽?dǎo)體技術(shù)水平的逐漸加深，所以使用的功率也在逐漸升高，一個(gè)發(fā)光單管的極限功率可以達(dá)到25瓦，峰值厘米巴條功率已經(jīng)增長(zhǎng)到了1000瓦，但是發(fā)光單管的體積確實(shí)非常精巧的。因?yàn)樾酒纳郎貢?huì)對(duì)半導(dǎo)體工作產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響，所以本文特針對(duì)大功率半導(dǎo)體激光器如何有效散 熱情況進(jìn)行了研究，并且討論如何有效使用。

芯片溫度對(duì)激光器正常工作所需求的最小電流的作用主要體現(xiàn)在激光器的內(nèi)部構(gòu)造。由于芯片溫度提高，激光器的最小電流也會(huì)相應(yīng)的加大，這時(shí)可以明顯看出半導(dǎo)體激光器在最小電流的支持下，所必需要加快溫度的散熱效率，只有這樣才可以保證激光器的正常工作。

半導(dǎo)體激光器的斜率功效就是半導(dǎo)體激光器的發(fā)動(dòng)電流和驅(qū)光電流的線性數(shù)據(jù)，通常情況下，半導(dǎo)體激光器的斜率功效愈大，所帶來的性能也就更加優(yōu)秀，然而芯片的溫度升高卻能夠使得半導(dǎo)體激光器的斜率功效得不到很好的發(fā)揮。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以清晰的看出，芯片的溫度越高，激光器的發(fā)光功效就會(huì)變得很小。

如果激光器的溫度產(chǎn)生了變化，那么機(jī)關(guān)器的發(fā)光長(zhǎng)度也會(huì)隨之相應(yīng)的發(fā)生變化。所以根據(jù)之上所說的數(shù)據(jù)，芯片溫度的升高，帶之而來的激光器溫度加大會(huì)使得激光器得不到良好的工作性能，所以對(duì)激光器的散熱性能的研究是刻不容緩的，也是激光器正常工作的關(guān)鍵地方。

半導(dǎo)體激光器正常工作時(shí)發(fā)出的熱量大多是經(jīng)過沉淀發(fā)散，激光器的熱量散熱主要有初級(jí)散熱和次級(jí)散熱。激光器工作芯片經(jīng)過多次復(fù)雜多變的工藝技術(shù)進(jìn)行初級(jí)散熱。而次級(jí)散熱可以和冷卻物質(zhì)發(fā)生最為直接的作用，從而使的熱量消失。激光器產(chǎn)生的熱量依次由焊接間，絕緣間，初級(jí)散熱，次級(jí)散熱后進(jìn)行最終的消散。其中，在激光器發(fā)光功效一定程度中，想要有效減少激光器的溫度就必須要做到這兩點(diǎn)：一方面是，可以采用減少冷卻液的溫度，以此通過增加溫度的差別來達(dá)到溫度的消散。

激光器的傳熱導(dǎo)體可以分成固體導(dǎo)熱和流固傳導(dǎo)兩個(gè)方面。固體層的熱傳導(dǎo)其中包括熱層的熱阻，各個(gè)焊接間的熱阻，絕緣間的熱阻。為了能夠有效減少固體端的熱阻，很多研究人員做出了提升原材料導(dǎo)熱性能的研究，比如使用精鋼石膜可以有效的進(jìn)行熱量的發(fā)散。

這種方式相比較傳統(tǒng)的熱沉材質(zhì)，熱阻的功效減輕了百分之四五十，最小電流也得到了很明顯的降低。發(fā)光功效也得到了明顯的提升。雖然固體端熱阻的減輕能夠有效使得激光器的溫度得到緩解，但是根據(jù)相應(yīng)的研究發(fā)現(xiàn)，再使用一些硅膠材料作為熱沉材料，其中固體端的熱則僅僅達(dá)到了流體端熱阻的一半，這就代表著激光器的散熱的重中之重就是在于加大流體端的熱阻。

我國較為傳統(tǒng)的散熱方式其中包括自然對(duì)流法，大通道的水冷方式還有對(duì)半導(dǎo)體的冷卻方式。

我國對(duì)于激光器采取的傳統(tǒng)散熱方式是使用熱導(dǎo)性好的沉淀，對(duì)半導(dǎo)體激光器的表層進(jìn)行延伸，使用自然散熱方式，以此達(dá)到對(duì)芯片溫度降低的目標(biāo)。這種方式結(jié)構(gòu)具有一定的方便性，對(duì)材料的熱導(dǎo)性能要求標(biāo)準(zhǔn)也比較高，所以經(jīng)常使用銅最為使用材料。但是這種方式已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)如今的散熱要求。

在最開始的時(shí)間，一些研究學(xué)者為了能夠充分降低激光器熱量發(fā)散的問題，將自然對(duì)流降溫改變成了強(qiáng)迫性對(duì)流降溫，由此出現(xiàn)了大通道熱沉方式。傳統(tǒng)的大通道水冷方式中的結(jié)構(gòu)是空腔型。進(jìn)過對(duì)進(jìn)水空位的優(yōu)化，能夠達(dá)到激光器發(fā)光效率的充分發(fā)揮，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，這樣的方式具有很好的散熱功能。雖然這種水冷方式比起傳統(tǒng)的那些方式有著一定明顯的優(yōu)勢(shì)，但是它自身也是存在著不足的，其主要的問題就是溫度的分布不均勻。研究學(xué)者為了解決這個(gè)現(xiàn)象，在通道之內(nèi)增添了很多換熱架構(gòu)，例如則流結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)如今，我國隨著大功率激光器的投入使用，因此研究出了很多新型的散熱方式，其中包括使用通道散熱，噴霧冷卻液，熱管 道散熱方式等

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了微型通道里單向水冷的高效能散熱方式，使用微型通道單向水冷方式進(jìn)行溫度的冷卻引起了學(xué)者們的紛紛研究，對(duì)于微型通道水冷方式的定義有兩種，第一種是依據(jù)其尺寸來定義，其中對(duì)水力直徑小的定義為微型通道，另一種是通過對(duì)表面張力進(jìn)行劃分，分成了微型通道或者常規(guī)性通道。其中對(duì)微型通道散熱性能的研究比比皆是，從微型通道中液體的流向可以劃分成單項(xiàng)和雙項(xiàng)兩種。伴隨著對(duì)微型通道理論知識(shí)的不斷研究，很多的研究者將微型通道散熱方式投入到了激光器的散熱工 作中。

和之前所述的微型通道散熱方式，使用噴霧冷卻是一種更為復(fù)雜的方式，其需要借助高氣壓的方式，使得液體進(jìn)行霧化，進(jìn)行強(qiáng)力噴射，以此來實(shí)現(xiàn)激光器的降溫。其中一些學(xué)者研究了激光器表面的粗糙程度對(duì)噴射冷卻液熱傳導(dǎo)的影響，進(jìn)過對(duì)表面粗糙程度進(jìn)行加深，可以有效增強(qiáng)噴霧的熱流密度。通過這些實(shí)驗(yàn)研究，都能夠?yàn)閲婌F冷卻的實(shí)際投入使用增添了可能性?，F(xiàn)如今，在我國化工產(chǎn)業(yè)，核電產(chǎn)業(yè)中廣泛使用這種噴霧冷卻方式。

采用射流沖擊盡心降溫的方式是一種通過高速的液體進(jìn)行為表面的熱傳導(dǎo)，以此達(dá)到降溫的作用。其中一些學(xué)者做出了實(shí)驗(yàn)，他們使用二十三度的水作為噴射的物質(zhì)，經(jīng)過強(qiáng)力的噴射，使得溫度控制在了五十度上，學(xué)者還對(duì)噴射設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。使用微型電子機(jī)械操控手段，可以在進(jìn)行強(qiáng)力噴射的環(huán)節(jié)中使得工作完成的更好，其有著結(jié)構(gòu)精巧，可靠性高的特點(diǎn)。非常適合投入在小型激光器的散熱問題上。除此之外，這種方式使用在核反應(yīng)堆上也可以，其中冷卻介質(zhì)可以換成氦氣，其中溫度差別可以形成到1500w。

因?yàn)橐簯B(tài)金屬的導(dǎo)熱性能良好，例如鋁合金的導(dǎo)熱性能就是水的29倍之多，因?yàn)槠鋼碛兄芎玫膶?duì)流熱傳導(dǎo)性，所以這種良好的熱傳導(dǎo)性可以廣泛的使用在電子芯片技術(shù)上，但是也有一部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)其可以投入使用在激光器的散熱問題上。有些研究學(xué)者創(chuàng)造性的制造出了一種液態(tài)性金屬散熱方式。實(shí)驗(yàn)過程是，金屬物質(zhì)在圓環(huán)之內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并且同時(shí)進(jìn)過熱管或者微型通道將鋁合金等金屬發(fā)散的熱量帶走，通過實(shí)驗(yàn)表明，在激光器芯片表面的熱流密度達(dá)到1000w的情況下，芯片的溫度只達(dá)到23度， 這樣就能很好的使得激光器得到很正常的使用。

之上所說的這些散熱方式能夠解決熱量密度，但是并不一定代表其具有很好的降溫性能。如果單單從熱量密度的大小來評(píng)判其散熱的效率是片面的，要對(duì)其進(jìn)行全面綜合的考察，對(duì)一種方式是否具有良好的降溫性能需要對(duì)熱量密度和溫度差異進(jìn)行同時(shí)考慮。相關(guān)的研究學(xué)者對(duì)不同的散熱方式進(jìn)行了研究，統(tǒng)計(jì)了熱量密度和溫度差異的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。其中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，每種散熱方式達(dá)成的熱量密度都可隨著溫度的差異加大而加大。對(duì)于激光器的熱沉，一般情況下需要冷卻介質(zhì)的溫度保持在二十度左右。
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