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半導體激光器的熱耗散功率詳解

芯片工藝技術 ? 來源:芯片工藝技術 ? 2023-10-18 17:03 ? 次閱讀

半導體激光器的熱狀態和工作方式有關,一般有三種工作方式:

1)在直流驅動下的CW連續工作;

2)直流偏置在閾值附近的小信號調制;

3)在脈沖狀態下工作,常將具有高占空比的脈沖工作方式稱為準連續QCW。

在QCW模式下的一個特立,占空比為1時就是連續工作模式,激光器所產生的熱耗散功率為:

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IV分別為激光器上的脈沖峰值工作電流和相應的電壓,rs為串聯電阻,Pp為輸出的光脈沖峰值功率,T為脈沖寬度,f為脈沖重復頻率。Tf稱為占空比。Pp和占空比Tf之積為平均光功率,熱耗散功率在激光器中產生的溫升為:

48b7f5fc-6d8c-11ee-939d-92fbcf53809c.png

rT為激光器的熱阻。當占空比比較小的時候,激光器處在發熱和散熱的交替過程,不會有大量的熱累計,然而在CW或QCW狀態下,激光器的內部有大量的熱累計,對激光器的運行是一種極大的考驗,產生的溫升和結區面積S有關,相當于加大了熱阻,結區溫度為:

48bb96a8-6d8c-11ee-939d-92fbcf53809c.png

J為激光器的工作電流密度,Rs=rsS;RT=rTS。

半導體激光器的熱阻和使用的熱沉、芯片與熱沉的接觸狀況有關,例如InGaAsP/InP埋層異質結激光器,襯底接觸熱沉的熱阻是76℃/W,而以相反一邊(襯底朝上)接觸熱沉其熱阻為44℃/W。激光器熱沉是一個用于吸收和散發熱量的組件,在激光器中起到非常重要的作用。激光器熱沉通常有一個類似于銅或鋁的底部,其上覆蓋了一個熱導率很高的材料。這個高熱導率材料通常是金屬或合金,比如銅、銀、金、鎢、鉬等,它可以快速將熱量從底部導出。

早期常用銅作為熱沉,目前有用AlN,SiC、金剛石做熱沉的。

性能也是差別較大。:

48c8970e-6d8c-11ee-939d-92fbcf53809c.png

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48e8f2ce-6d8c-11ee-939d-92fbcf53809c.png

做熱沉產品的一些常見公司:

48f1d20e-6d8c-11ee-939d-92fbcf53809c.png

目前成本來說金剛石的成本還是較貴,AlN的單價還可以接受,SiC也挺貴的。

審核編輯:湯梓紅
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原文標題:半導體激光器的熱耗散功率

文章出處:【微信號:dingg6602,微信公眾號:芯片工藝技術】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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