為了削弱激光器工作時(shí)芯片橫向溫度不均而導(dǎo)致的熱透鏡效應(yīng)對(duì)慢軸發(fā)散角的影響,提高慢軸的光束質(zhì)量,引入了邊緣絕熱封裝方式,即在激光器芯片兩側(cè)與過(guò)渡熱沉之間加入空氣隙,以降低兩側(cè)的傳導(dǎo)散熱。利用有限元分析軟件ANSYS 18.0對(duì)該封裝結(jié)構(gòu)中激光器芯片的溫度進(jìn)行仿真。結(jié)果表明:當(dāng)工作電流為1.6 A,芯片與熱沉的接觸寬為200μm時(shí),慢軸發(fā)散角由普通封裝時(shí)的11.5°減小至8.2°,降幅為28%,光束參數(shù)積和光束質(zhì)量因子也分別降低了28%和24%,熱阻增大了6%。邊緣絕熱封裝對(duì)器件激射波長(zhǎng)、閾值電流、電光轉(zhuǎn)換效率的影響很小。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)激光. 2020年01期 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：11 頁(yè)

【部分圖文】：

邊緣絕熱封裝原理示意圖

當(dāng)W為100 μm時(shí),不同熱功率(Pth)下半導(dǎo)體激光器邊緣絕熱封裝COS的溫度分布云圖如圖2所示。從圖2可以看出,芯片溫度的最高點(diǎn)在有源區(qū)中心,芯片出光面的溫度分布為從中心向兩側(cè)逐漸降低。慢軸(平行于PN結(jié))方向的溫度分布數(shù)據(jù)如圖3所示。從圖3可以看出:在W=100 μm的條件下,當(dāng)Pth=0.5 W時(shí),芯片的工作溫度在慢軸方向從兩側(cè)到中心由25.94 ℃升高到26.06 ℃,溫差為0.18 ℃,溫度梯度較小;當(dāng)Pth=1.5 W時(shí),芯片工作溫度在慢軸方向從兩側(cè)到中心由27.82 ℃升高到28.18 ℃,溫差為0.36 ℃;當(dāng)Pth從0.5 W升高至1.5 W時(shí),激光器芯片溫度整體升高了2 ℃,且芯片兩側(cè)與其中心區(qū)域的溫差增大,芯片橫向溫度梯度有所變大。隨著熱功率增大,芯片的結(jié)溫隨之升高,平行結(jié)平面方向的溫度分布變得陡峭,折射率變化明顯,由(8)、(9)式可以計(jì)算得到熱透鏡焦距隨熱功率的升高而減小,從而使得慢軸發(fā)散角隨熱功率的增大而增大。

從圖2可以看出,芯片溫度的最高點(diǎn)在有源區(qū)中心,芯片出光面的溫度分布為從中心向兩側(cè)逐漸降低。慢軸(平行于PN結(jié))方向的溫度分布數(shù)據(jù)如圖3所示。從圖3可以看出:在W=100 μm的條件下,當(dāng)Pth=0.5 W時(shí),芯片的工作溫度在慢軸方向從兩側(cè)到中心由25.94 ℃升高到26.06 ℃,溫差為0.18 ℃,溫度梯度較小;當(dāng)Pth=1.5 W時(shí),芯片工作溫度在慢軸方向從兩側(cè)到中心由27.82 ℃升高到28.18 ℃,溫差為0.36 ℃;當(dāng)Pth從0.5 W升高至1.5 W時(shí),激光器芯片溫度整體升高了2 ℃,且芯片兩側(cè)與其中心區(qū)域的溫差增大,芯片橫向溫度梯度有所變大。隨著熱功率增大,芯片的結(jié)溫隨之升高,平行結(jié)平面方向的溫度分布變得陡峭,折射率變化明顯,由(8)、(9)式可以計(jì)算得到熱透鏡焦距隨熱功率的升高而減小,從而使得慢軸發(fā)散角隨熱功率的增大而增大。3.2 不同接觸寬度W下激光器邊緣絕熱封裝COS的熱分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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