（文章來源：laser）

半導(dǎo)體激光器有著非常明顯的優(yōu)勢地方，例如體積質(zhì)量小，電光轉(zhuǎn)變的高效等優(yōu)勢地方，因為這些優(yōu)勢特點致使半導(dǎo)體激光器已經(jīng)被使用在了各個行業(yè)中。半導(dǎo)體激光器通常情況友最基礎(chǔ)的發(fā)光單管進行組合，發(fā)光單管可形成多個Bar條，再由多個 Bar條形成一定的疊陣。因為我國半導(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，一個發(fā)光單管的極限功率可以達到25瓦，峰值厘米巴條功率已經(jīng)增長到了1000瓦，但是發(fā)光單管的體積確實非常精巧的。因為芯片的升溫會對半導(dǎo)體工作產(chǎn)生非常嚴重的影響，所以本文特針對大功率半導(dǎo)體激光器如何有效散 熱情況進行了研究，并且討論如何有效使用。

芯片溫度對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相應(yīng)的加大，這時可以明顯看出半導(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。通過實驗數(shù)據(jù)可以清晰的看出，芯片的溫度越高，激光器的發(fā)光功效就會變得很小。

如果激光器的溫度產(chǎn)生了變化，那么機關(guān)器的發(fā)光長度也會隨之相應(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使得激光器得不到良好的工作性能，所以對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散熱和次級散熱。激光器工作芯片經(jīng)過多次復(fù)雜多變的工藝技術(shù)進行初級散熱。而次級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，初級散熱，次級散熱后進行最終的消散。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：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)兩個方面。固體層的熱傳導(dǎo)其中包括熱層的熱阻，各個焊接間的熱阻，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流法，大通道的水冷方式還有對半導(dǎo)體的冷卻方式。

我國對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，對半導(dǎo)體激光器的表層進行延伸，使用自然散熱方式，以此達到對芯片溫度降低的目標。這種方式結(jié)構(gòu)具有一定的方便性，對材料的熱導(dǎo)性能要求標準也比較高，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，將自然對流降溫改變成了強迫性對流降溫，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。進過對進水空位的優(yōu)化，能夠達到激光器發(fā)光效率的充分發(fā)揮，通過實驗數(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，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

通過實驗發(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行溫度的冷卻引起了學(xué)者們的紛紛研究，對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，其中對水力直徑小的定義為微型通道，另一種是通過對表面張力進行劃分，分成了微型通道或者常規(guī)性通道。其中對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和雙項兩種。伴隨著對微型通道理論知識的不斷研究，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，使得液體進行霧化，進行強力噴射，以此來實現(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噴射冷卻液熱傳導(dǎo)的影響，進過對表面粗糙程度進行加深，可以有效增強噴霧的熱流密度。通過這些實驗研究，都能夠為噴霧冷卻的實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行為表面的熱傳導(dǎo)，以此達到降溫的作用。其中一些學(xué)者做出了實驗，他們使用二十三度的水作為噴射的物質(zhì)，經(jīng)過強力的噴射，使得溫度控制在了五十度上，學(xué)者還對噴射設(shè)備進行設(shè)計研究。使用微型電子機械操控手段，可以在進行強力噴射的環(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。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。

因為液態(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，因為其擁有著很好的對流熱傳導(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。實驗過程是，金屬物質(zhì)在圓環(huán)之內(nèi)進行旋轉(zhuǎn)，并且同時進過熱管或者微型通道將鋁合金等金屬發(fā)散的熱量帶走，通過實驗表明，在激光器芯片表面的熱流密度達到1000w的情況下，芯片的溫度只達到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判其散熱的效率是片面的，要對其進行全面綜合的考察，對一種方式是否具有良好的降溫性能需要對熱量密度和溫度差異進行同時考慮。相關(guān)的研究學(xué)者對不同的散熱方式進行了研究，統(tǒng)計了熱量密度和溫度差異的實驗數(shù)據(jù)。其中實驗數(shù)據(jù)表明，每種散熱方式達成的熱量密度都可隨著溫度的差異加大而加大。對于激光器的熱沉，一般情況下需要冷卻介質(zhì)的溫度保持在二十度左右。
（責(zé)任編輯：fqj）