半導體(ti) 激光器有著非常明顯的優(you) 勢地方，例如體(ti) 積質量小，電光轉變的高效等優(you) 勢地方，因為(wei) 這些優(you) 勢特點致使半導體(ti) 激光器已經被使用在了各個(ge) 行業(ye) 中。半導體(ti) 激光器通常情況友最基礎的發光單管進行組合，發光單管可形成多個(ge) Bar條，再由多個(ge) Bar條形成一定的疊陣。因為(wei) 我國半導體(ti) 技術水平的逐漸加深，所以使用的功率也在逐漸升高，一個(ge) 發光單管的極限功率可以達到25瓦，峰值厘米巴條功率已經增長到了1000瓦，但是發光單管的體(ti) 積確實非常精巧的。因為(wei) 芯片的升溫會(hui) 對半導體(ti) 工作產(chan) 生非常嚴(yan) 重的影響，所以本文特針對大功率半導體(ti) 激光器如何有效散 熱情況進行了研究，並且討論如何有效使用。

1、芯片的溫度對半導體(ti) 激光器的影響

1.1 溫度對最小電流的作用

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(ti) 現在激光器的內(nei) 部構造。由於(yu) 芯片溫度提高，激光器的最小電流也會(hui) 相應的加大，這時可以明顯看出半導體(ti) 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，隻有這樣才可以保證激光器的正常工作。

1.2 芯片溫度對斜率的作用

半導體(ti) 激光器的斜率功效就是半導體(ti) 激光器的發動電流和驅光電流的線性數據，通常情況下，半導體(ti) 激光器的斜率功效愈大，所帶來的性能也就更加優(you) 秀，然而芯片的溫度升高卻能夠使得半導體(ti) 激光器的斜率功效得不到很好的發揮。

1.3 芯片溫度對發光功效的作用

通過實驗數據可以清晰的看出，芯片的溫度越高，激光器的發光功效就會(hui) 變得很小。

1.4 芯片溫度發光線長度的作用

如果激光器的溫度產(chan) 生了變化，那麽(me) 機關(guan) 器的發光長度也會(hui) 隨之相應的發生變化。所以根據之上所說的數據，芯片溫度的升高，帶之而來的激光器溫度加大會(hui) 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(guan) 鍵地方。

2、激光器散熱方法研究

2.1 半導體(ti) 激光器傳(chuan) 遞熱量環節

半導體(ti) 激光器正常工作時發出的熱量大多是經過沉澱發散，激光器的熱量散熱主要有初級散熱和次級散熱。激光器工作芯片經過多次複雜多變的工藝技術進行初級散熱。而次級散熱可以和冷卻物質發生最為(wei) 直接的作用，從(cong) 而使的熱量消失。激光器產(chan) 生的熱量依次由焊接間，絕緣間，初級散熱，次級散熱後進行最終的消散。其中，在激光器發光功效一定程度中，想要有效減少激光器的溫度就必須要做到這兩(liang) 點：一方麵是，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。例如實用的辦法就是實用液氮方法。因為(wei) 半導體(ti) 激光器在日常的工作環境下所實用的降溫太強的話，會(hui) 使得激光器的表麵層形成霜，所以當出現了結霜現象，激光器就會(hui) 產(chan) 生光線折線功能，甚至嚴(yan) 重的情況，會(hui) 使得激光器發生電路短路，激光器無法正常工作，所以采用這種方法要嚴(yan) 格執行操作標準。另一方麵是，減輕激光器的芯片溫度和冷卻液的之間的熱阻。例如使用精鋼石膜，這是目前較好 的使用方法。

2.2 激光器的散熱方法研究

激光器的傳(chuan) 熱導體(ti) 可以分成固體(ti) 導熱和流固傳(chuan) 導兩(liang) 個(ge) 方麵。固體(ti) 層的熱傳(chuan) 導其中包括熱層的熱阻，各個(ge) 焊接間的熱阻，絕緣間的熱阻。為(wei) 了能夠有效減少固體(ti) 端的熱阻，很多研究人員做出了提升原材料導熱性能的研究，比如使用精鋼石膜可以有效的進行熱量的發散。這種方式相比較傳(chuan) 統的熱沉材質，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。發光功效也得到了明顯的提升。雖然固體(ti) 端熱阻的減輕能夠有效使得激光器的溫度得到緩解，但是根據相應的研究發現，再使用一些矽膠材料作為(wei) 熱沉材料，其中固體(ti) 端的熱則僅(jin) 僅(jin) 達到了流體(ti) 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於(yu) 加大流體(ti) 端的熱阻。傳(chuan) 統方式的熱阻是采用空氣對流方法，伴隨者激光器不斷加大的功率，一些傳(chuan) 統的流體(ti) 管散熱方式已經不夠滿足激光器的散熱需求，因此有著很多新穎的散熱方式應運而生，例如采用微型通道散熱方法，噴霧方式冷卻等。

3、傳(chuan) 統的散熱方式

我國較為(wei) 傳(chuan) 統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體(ti) 的冷卻方式。

3.1 自然對流冷卻方式

我國對於(yu) 激光器采取的傳(chuan) 統散熱方式是使用熱導性好的沉澱，對半導體(ti) 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。這種方式結構具有一定的方便性，對材料的熱導性能要求標準也比較高，所以經常使用銅最為(wei) 使用材料。但是這種方式已經不能夠滿足現如今的散熱要求。

3.2 大通道水冷方式

在最開始的時間，一些研究學者為(wei) 了能夠充分降低激光器熱量發散的問題，將自然對流降溫改變成了強迫性對流降溫，由此出現了大通道熱沉方式。傳(chuan) 統的大通道水冷方式中的結構是空腔型。進過對進水空位的優(you) 化，能夠達到激光器發光效率的充分發揮，通過實驗數據證明，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(chuan) 統的那些方式有著一定明顯的優(you) 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。研究學者為(wei) 了解決(jue) 這個(ge) 現象，在通道之內(nei) 增添了很多換熱架構，例如則流結構。還設計了順排結構和叉排結構對散熱效果的分析，得出了順排結構和叉排結構對溫度的散熱都比傳(chuan) 統的散熱方式優(you) 良，但是存在不足的是，其壓力會(hui) 變大。所以大通道水冷方式具有著結構簡單，溫度發散優(you) 良的特點，是目前階段中應用最為(wei) 廣泛的散熱方式，但是因為(wei) 最近這些年來，激光器的大功率投入使用，這種方式還是達不到散熱需求。

4、新型的散熱方式

現如今，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。

4.1 微型通道散熱

通過實驗發現了微型通道裏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者們(men) 的紛紛研究，對於(yu) 微型通道水冷方式的定義(yi) 有兩(liang) 種，第一種是依據其尺寸來定義(yi) ，其中對水力直徑小的定義(yi) 為(wei) 微型通道，另一種是通過對表麵張力進行劃分，分成了微型通道或者常規性通道。其中對微型通道散熱性能的研究比比皆是，從(cong) 微型通道中液體(ti) 的流向可以劃分成單項和雙項兩(liang) 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。其中，一位學者對一種發光長度為(wei) 808nm的激光器進行了試驗，通過數據表明，這種微型通道可以有效的減少激光器的溫度，還可以保證激光器的發光功率。這種方式可以通過管道作為(wei) 換熱的方式，由此減輕了微型通道的工作難度，並且得出了這種 方式具有良好的換熱功能。

4.2 噴霧冷卻方式

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(wei) 複雜的方式，其需要借助高氣壓的方式，使得液體(ti) 進行霧化，進行強力噴射，以此來實現激光器的降溫。其中一些學者研究了激光器表麵的粗糙程度對噴射冷卻液熱傳(chuan) 導的影響，進過對表麵粗糙程度進行加深，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(wei) 噴霧冷卻的實際投入使用增添了可能性。現如今，在我國化工產(chan) 業(ye) ，核電產(chan) 業(ye) 中廣泛使用這種噴霧冷卻方式。

4.3 射流衝(chong) 擊方式

采用射流衝(chong) 擊盡心降溫的方式是一種通過高速的液體(ti) 進行為(wei) 表麵的熱傳(chuan) 導，以此達到降溫的作用。其中一些學者做出了實驗，他們(men) 使用二十三度的水作為(wei) 噴射的物質，經過強力的噴射，使得溫度控製在了五十度上，學者還對噴射設備進行設計研究。使用微型電子機械操控手段，可以在進行強力噴射的環節中使得工作完成的更好，其有著結構精巧，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堆上也可以，其中冷卻介質可以換成氦氣，其中溫度差別可以形成到1500w。射流衝(chong) 擊的這種方式是一種非常行之有效的降溫方式，這種方式大多是用來解決(jue) 熱流密度高的散熱問題，例如使用在核反應堆上，采用這種的方式其中的缺點是，需要為(wei) 其提供一定的高速冷卻介質，因為(wei) 可能會(hui) 造成流體(ti) 的損失過大，功耗也會(hui) 隨之變大。

4.4 液態冷卻方式

因為(wei) 液態金屬的導熱性能良好，例如鋁合金的導熱性能就是水的29倍之多，因為(wei) 其擁有著很好的對流熱傳(chuan) 導性，所以這種良好的熱傳(chuan) 導性可以廣泛的使用在電子芯片技術上，但是也有一部分學者發現其可以投入使用在激光器的散熱問題上。有些研究學者創造性的製造出了一種液態性金屬散熱方式。實驗過程是，金屬物質在圓環之內(nei) 進行旋轉，並且同時進過熱管或者微型通道將鋁合金等金屬發散的熱量帶走，通過實驗表明，在激光器芯片表麵的熱流密度達到1000w的情況下，芯片的溫度隻達到23度， 這樣就能很好的使得激光器得到很正常的使用。對於(yu) 液態金屬的散熱研究，是最近幾年新興(xing) 的研究方向，如果順利可以成為(wei) 降低激光器熱量密度很好的辦法。其中也有液態金屬還可以使用在多個(ge) 方麵，例如對電腦芯片的散熱工作等，在實際的使用過程中，需要注意的地方就是要注意材料的兼容性問題等。

5、熱流密度和溫度差異的分析

之上所說的這些散熱方式能夠解決(jue) 熱量密度，但是並不一定代表其具有很好的降溫性能。如果單單從(cong) 熱量密度的大小來評判其散熱的效率是片麵的，要對其進行全麵綜合的考察，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(guan) 的研究學者對不同的散熱方式進行了研究，統計了熱量密度和溫度差異的實驗數據。其中實驗數據表明，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。對於(yu) 激光器的熱沉，一般情況下需要冷卻介質的溫度保持在二十度左右。而激光器芯片正常的工作溫度不能超過六十度，這就使得其之間的溫度差異不能超過四十度，對於(yu) 傳(chuan) 統的散熱方式，還不能夠達成要求，其所熱量密度較小。而采用新型的散熱方式其中使用微型通道方式，噴霧冷卻方式等都能夠實現一定的標準要求，能夠達成熱量密度散熱的結果，這些方式的存在都為(wei) 實現大功率半導體(ti) 激光器的散熱問題提供了可行性的方案。

6、結束語

芯片溫度升高問題已經逐漸成為(wei) 了阻礙半導體(ti) 激光器正常工作的首要因素，對於(yu) 新型的散熱方式正在不斷的加深研究，對於(yu) 解決(jue) 大功率半導體(ti) 激光器的散熱情況必須要緊緊抓住熱力學學科，材料學，與(yu) 製造業(ye) 進行充分的合作工作。雖然對於(yu) 導熱性較好的材料和裝配技術的發展能夠在一定程度上解決(jue) 大功率半導體(ti) 激光器的散熱問題，但是對大功率半導體(ti) 激光器的散熱問題還 是需要注重在對流散熱上，采取合理性的對流散熱方式是解決(jue) 目前這一問題的關(guan) 鍵所在。新型的散熱方式為(wei) 實際的散熱工作提供了一定的基礎。