高功率半导体激光器的热特性分析

论文摘要

半导体激光器是激光行业中极具发展潜力的光电器件。随着半导体激光器输出功率的不断升高,半导体激光器的热管理成为了相关科研人员研究的热点与难点。所以分析并优化半导体激光器的热特性,在半导体激光行业具有重要意义。本论文主要研究内容如下:通过ANSYS对半导体激光器进行稳态热特性分析,提出并推导半导体激光器的热透镜效应的相关公式,定量计算了等效热透镜焦距及热效应对慢轴光束发散角的影响。通过实验测量了封装激光器的结温度和慢轴发散角随工作电流的变化,并对比了其与模拟结果的差异,分析表明热透镜效应随热功率的升高而变得明显,即随着热功率的升高,热透镜焦距变小,慢轴光束发散角变大。通过ANSYS对半导体激光器进行瞬态热特性分析,分析了电流脉冲宽度、脉冲周期、以及占空比对半导体激光器有源区温度提升的影响。通过ANSYS有限元分析计算了Cu/AlN/Cu和Cu/SiC/Cu多层结构热沉的等效热膨胀系数和等效热传导系数,并通过改变Cu的厚度分析这些参数的变化趋势,分析了热沉对半导体激光器封装的影响。对AlN热沉封装的宽条形半导体激光器的可靠性进行了初步的测试与评价。测试表明,在25℃热沉温度、工作电流19A时估计寿命约30812小时。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 半导体激光器的发展及应用
•     1.2.1 半导体激光器的发展历程
•     1.2.2 半导体激光器的应用
•   1.3 国内外研究进展
•     1.3.1 高功率半导体激光器的热沉技术
•     1.3.2 热特性分析及热透镜效应
•   1.4 论文研究内容
• 第2章 高功率半导体激光器热特性的理论分析
•   2.1 温度对半导体激光器性能的影响
•     2.1.1 阈值电流
•     2.1.2 光功率-工作电流的斜率效率
•     2.1.3 激光输出功率
•     2.1.4 激光波长
•     2.1.5 半导体激光器的寿命
•   2.2 半导体激光器的主要热源
•   2.3 传热学的基本原理
•   2.4 ANSYS有限元分析简介
•   2.5 本章小结
• 第3章 高功率半导体激光器的热分析及热透镜效应
•   3.1 高功率半导体激光器的稳态热分析
•   3.2 半导体激光器的热透镜效应
•     3.2.1 慢轴光束发散角的影响因素
•     3.2.2 梯度折射率和热透镜效应
•     3.2.3 实验结果及分析
•     3.2.4 结果讨论
•   3.3 高功率半导体激光器的瞬态热分析
•   3.4 本章小结
• 第4章 高功率半导体激光器的封装热应力分析
•   4.1 封装工艺简介
•   4.2 焊装热应力的产生原理
•   4.3 高功率半导体激光器的封装热应力分析及多层结构热沉
•   4.4 本章小结
• 第5章 高功率半导体激光器的可靠性初步分析
•   5.1 可靠性测试的基本原理
•   5.2 实验及结果分析
•   5.3 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 攻读硕士期间的学术成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 宋健

导师: 薄报学

关键词: 半导体激光器,热特性,热透镜,封装应力,可靠性分析

来源: 长春理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 长春理工大学

分类号: TN248.4

总页数: 68

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