半導體激光器在激光泵浦、工業(yè)、醫(yī)療、軍事等領域得到廣泛應用。隨著高功率半導體激光器輸出功率的不斷提高,產生的熱量也逐漸增多,熱問題成為相關科研人員研究的焦點。如何提高輸出功率、降低閾值電流、減少熱量的產生,成為重要的研究方向。本論文對808nm波段高功率半導體激光器單管器件,通過ANSYS Workbench軟件進行穩(wěn)態(tài)熱分析及熱應力分析。本論文的主要研究內容如下:首先,針對C-mount封裝熱沉結構,通過添加新型Si C材料作為過渡熱沉。利用ANSYS軟件對未添加過渡熱沉結構和添加Si C過渡熱沉結構,進行理論模擬及對比分析,優(yōu)化結構參數,確定最佳的過渡熱沉尺寸。理論模擬結果表明,添加Si C過渡熱沉單管器件結溫及熱阻降低,熱應力減小,輸出功率明顯提高。其次,針對雙孔大型無氧銅熱沉結構對高功率單管器件進行封裝。利用ANSYS軟件分析焊料層厚度對激光器散熱效果的影響,確定最佳結構參數。以此焊料厚度,分別模擬Al N、Wu Cu兩種過渡熱沉材料對激光器熱特性的改善,模擬結果表明添加Al N過渡熱器件的熱阻低、應力小、輸出功率高。最后,根據理論模擬結果及優(yōu)化設計尺寸,分別對兩種熱沉結構單管... 

【文章來源】：長春理工大學吉林省

【文章頁數】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1粒子數反轉示意圖

第1章緒論2能級空穴產生光子，產生光子的特征值要與入射光子一致，從而實現(xiàn)光放大，圖1.1為粒子數反轉示意圖。圖1.1粒子數反轉示意圖(2)諧振腔諧振腔是介質波導腔，主要作用是產生與維持光放大，改變激光的方向性，使受激輻射達到多次反饋，形成激光振蕩的腔體稱之為諧振腔。法布里-珀羅諧振腔如圖1.2，作為半導體激光器常用的腔型，是由兩個反射鏡構成[3]。圖1.2法布里-珀羅諧振腔示意圖諧振腔為激光輸出產生穩(wěn)定的振蕩條件(相位條件)，只有滿足特定頻率的光，才可以在兩個反射面中來回進行反射。根據公式：2mlnλ=(1-1)式中:l為腔長，m為縱膜的數量，λ為波長,n為半導體材料的折射率。半波長的整數倍與共振腔腔長相等的駐波可以存在腔內，其余的波會在腔內反復傳播損耗殆荊(3)增益與閾值條件如果想要在穩(wěn)定振蕩輸出的環(huán)境下實現(xiàn)光放大，激光器內部的工作介質就必然需要對入射光供給一定的增益，統(tǒng)稱為閾值增益。當達到閾值增益時，注入的電流稱之為閾值電流。當激光器進行增益時，增益數值需要大于或者等于內部與外部損耗的總時，激光器會建立起穩(wěn)定的振蕩效果[4]，表達公式為：gthiout≥g=a+a(1-2)式中:g為增益數值，thg為損耗總和，ia為內部有源區(qū)進行光子吸收和光子散射的損耗，outa為外部損耗。

第1章緒論31.2.2高功率半導體激光器發(fā)展現(xiàn)狀從上個世紀60年代至今，半導體激光器逐漸開始進入人們的視線，并且一直研究至今[5]，圖1.3為半導體激光器結構簡圖。圖1.3半導體激光器結構簡圖目前在半導體行業(yè)中，大家關注的問題是如何提高電光轉換效率、輸出功率以及相關性能參數。近年來，在800~1100nm的紅外波段，電光轉換效率、輸出功率有明顯的提高，并且808nm高功率半導體激光同樣成為了國內外研究的重點。表1.1是近年來國外808nm高功率半導體激光器發(fā)展現(xiàn)狀。表1.1近年來國外808nm高功率半導體激光器發(fā)展現(xiàn)狀年份研究單位波長nm類型功率電光轉換效率2007nLight808bar55W71.5(at15℃)2008FBH808bar81W67.7(at15℃)2016Coherrnt808bar60W63%(at60W)2009Coherent808單管25W61%(C-mount)63%(COS)2007年，美國nLight激光公司研制出的808nm半導體激光器陣列。以傳導冷卻型進行封裝在15℃工作溫度下，達到55W輸出功率，71.5%電光轉換效率。迄今為止，這是光電轉換率所能做到的最高標準[6]。2008年，F(xiàn)BH公司研制出的新型808nm激光陣列。在15℃工作溫度下功率達到81W，電光轉換效率為67.7%[7]。2009年，nLight激光公司研制出的808nm單管半導體激光器。最大功率達到25W，在C-mount封裝下轉換功率可為61%，以COS型式封裝轉換功率為63%[8]。2016年，世界第一大激光器公司Coherent研制出的808nm激光陣列。僅18%的填充因子，連續(xù)在25℃工作溫度下，達到60W輸出功率，63%電光轉換效率，另外激光器壽命長達5萬小時[9]。雖然近年來國外的多家公司，對808nm高功率半導體激光器的研究趨近成熟。但

【參考文獻】：
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碩士論文
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[7]高功率半導體激光器封裝熱特性的分析研究[D]. 王文.長春理工大學 2014
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本文編號：3442773