Výzkum metod rozptylu tepla vysokovýkonného polovodičového laseru
Polovodičové lasery byly nejprve studovány ze zahraničí. Nejstarší technologie pocházela ze Spojených států a Japonska a používala se hlavně v armádě. S iterativním rozvojem technologií se začala uplatňovat na civilním trhu a uplatňovat v odvětvích jako je optoelektronika a komunikace. S rozvojem národního obranného průmyslu a optoelektronického výrobního průmyslu mé země', průmysl začal zvyšovat poptávku po vysoce výkonných laserech a lidé také začali provádět výzkum vysoce výkonných polovodičových laserových zařízení. . Během výzkumu se zjistilo, že kvalita světla tradičních polovodičových laserů již nemůže splňovat potřeby lidí. Aby se zvýšil výstupní výkon polovodičových laserů, lidé se začali neustále zlepšovat a analyzovat. Během výzkumu bylo zjištěno, že polovina elektrické energie polovodičového laseru se při používání přeměňuje na tepelnou energii. Pokud samotný polovodičový laser špatně odvádí teplo, bude to mít přímý vliv na životnost a použití polovodičového laseru. Výzkumníci proto nyní naléhavě potřebují vyřešit problém rozptylu tepla. Jeden z problémů.
Klasifikace metod rozptylu tepla laserem
V současnosti se hlavní metody odvodu tepla laserů dělí na tradiční metody odvodu tepla a nové metody odvodu tepla. Tradiční metody odvodu tepla zahrnují: chlazení vzduchem, polovodičové chlazení, odvod tepla přirozenou konvekcí atd. a nové metody odvodu tepla zahrnují: odvod tepla flip čipem a mikrokanálový odvod tepla.
Mechanismus odvodu tepla polovodičových laserových obalů se skládá hlavně z laserového čipu, svařovací vrstvy, chladiče, kovové vrstvy a tak dále. Svařovací vrstva ve struktuře rozptylu tepla polovodičového laseru se používá hlavně pro spojení čipu a chladiče svařováním. Aby se dosáhlo účelu snížení tepelného odporu při použití vysoce výkonných polovodičových laserů, často se při pájení používají některé materiály s relativně vysokou tepelnou vodivostí, jako je pájka zlato-cín. Během celého procesu balení bude mnoho úrovní, mezi tyto úrovně patří zejména: čip, vrstva pájky, chladič, kovová vrstva, využívající efekt přenosu tepla chladiče a kovové vrstvy k vedení tepelné energie laserového čipu, a nakonec vytvořit polovodičový laser s dobrým odvodem tepla pro prodloužení životnosti laseru.
Výkon rozptylu tepla vysoce výkonných polovodičových laserů je hodnocen především tepelným odporem a tepelným tokem. Při hodnocení je třeba věnovat pozornost tepelnému toku při omezené teplotě. Pokud se během analýzy rozptylu tepla zjistí, že teplotní rozdíl mezi těmito dvěma je relativně velký, objeví se na povrchu laserového čipu kondenzace. Poté, co tento problém nastane, kromě ovlivnění optického výstupního výkonu to ovlivní také uzamčení vlnové délky, a to i kvůli přechodu. Problémy s expozicí poškozují fotoelektrický výkon obvodu a v konečném důsledku ovlivňují spolehlivost. V současné době je běžnou metodou snížení tepelného odporu použití tepelně vodivých materiálů. Vznik tepelně vodivých materiálů poskytuje více prostoru pro optimalizaci pro lasery ke snížení teploty.
Metoda chlazení a odvodu tepla chladičem přirozenou konvekcí Chlazení a odvod tepla přirozeným prouděním tepla spočívá v použití některých materiálů s vysokou tepelnou vodivostí k odebírání generovaného tepla a následnému odvádění tepla přirozenou konvekcí. Během výzkumu se vědecký a technický personál také zjistil, že žebra mohou také pomoci odvádět teplo a mohou maximalizovat rychlost přenosu tepla v systému rozptylu tepla při rozptylování tepla. Když je teplota stejná, rozteč ploutví se bude s rostoucí výškou ploutví zmenšovat. Při použití substrátu k umístění chladiče svisle je třeba výšku vhodně zvýšit a zvýšením výšky se zlepší efekt rozptylu tepla. Takový způsob rozptylu tepla sníží při použití mnoho nákladů. Ve skutečné práci se jako chladič často používá nitrid mědi nebo hliníku, ale metoda chladiče nemůže plně uspokojit potřeby vysokovýkonných polovodičových laserů na odvod tepla.
Metoda vodního chlazení s velkým kanálem
Pokud chcete snížit teplotu chladiče, musíte v chladiči vybudovat kanál. Pokud chcete dosáhnout chladicího efektu, musíte do tohoto kanálu přidat určitý zdroj vody, abyste nezdržovali práci laseru. V reakci na to výzkumníci během svého výzkumu zjistili, že efekt rozptylu tepla u konstrukce spoileru je lepší než u tradiční struktury dutiny, ale dojde také ke zvýšení tlaku v kanálu. Výzkum zjistil, že ačkoli jsou široce používány velké kanály, kvůli neustálému zvyšování výstupního výkonu laseru velké kanály vodního chlazení již nemohou splňovat požadavky na odvod tepla u vysoce výkonných polovodičových laserů.
Metoda chlazení rozprašováním
Chlazení rozprašováním je rozprašování chladicí kapaliny na teplosměnnou plochu pomocí atomizace za pomoci tlaku, aby se dosáhlo účelu chlazení. Hlavními charakteristikami sprejového chlazení jsou velký koeficient přenosu tepla a nízký průtok chladicí kapaliny. Vědci zjistili, že při použití vody jako média a použití pevných kuželových trysek pro experimenty může mikrostrukturovaný povrch zvýšit efekt výměny tepla. Během studie bylo zjištěno, že chladicí výkon sprejového chlazení souvisí s průtokem spreje. Kromě toho vědci objevili také chladič se změnou fáze spreje. Během experimentu spolu také velmi úzce souvisí výška trysky ve sprejovém chladicím zařízení a efekt rozptylu tepla.
Závěrečné poznámky
Celkově vzato jsou dva nejkritičtější faktory pro zlepšení účinku odvodu tepla snížení tepelného odporu systému odvodu tepla a zvýšení tepelného toku. Při snižování tepelného odporu lze k jeho snížení použít materiály s vysokou tepelnou vodivostí; při zvýšení tepelného toku lze pomoci zvýšením součinitele prostupu tepla koncovky pro odvod tepla. Vzhledem k tomu, že výkonnostní ukazatele výkonových laserů jsou stále vyšší a vyšší, mnoho metod již nemůže splňovat aplikační požadavky. Více výzkumníků musí vyvíjet nepřetržité úsilí o studium, aby našli vhodnější metody rozptylu tepla pro vysoce výkonné polovodičové lasery.
