Výskum metód rozptylu tepla vysokovýkonného polovodičového lasera
Polovodičové lasery boli najprv študované zo zahraničia. Najstaršia technológia pochádza zo Spojených štátov a Japonska a používala sa najmä v armáde. S iteratívnym vývojom technológií sa začala uplatňovať aj na civilnom trhu a aplikovaná v odvetviach ako optoelektronika a komunikácie. S rozvojom národného obranného priemyslu a optoelektronického výrobného priemyslu v mojej krajine', priemysel začal zvyšovať dopyt po vysokovýkonných laseroch a ľudia tiež začali vykonávať výskum vysokovýkonných polovodičových laserových zariadení. . Počas výskumu sa zistilo, že kvalita svetla tradičných polovodičových laserov už nedokáže uspokojiť potreby ľudí. Aby sa zvýšil výstupný výkon polovodičových laserov, ľudia sa začali neustále zlepšovať a analyzovať. Počas výskumu sa zistilo, že polovica elektrickej energie polovodičového lasera sa pri používaní premieňa na tepelnú energiu. Ak samotný polovodičový laser dobre neodvádza teplo, priamo to ovplyvní životnosť a využitie polovodičového lasera. Preto výskumníci teraz naliehavo potrebujú vyriešiť problém rozptylu tepla. Jeden z problémov.
Klasifikácia metód šírenia tepla laserom
V súčasnosti sa hlavné metódy šírenia tepla laserov delia na tradičné metódy šírenia tepla a nové metódy šírenia tepla. Tradičné metódy odvodu tepla zahŕňajú: chladenie vzduchom, chladenie polovodičov, prirodzený odvod tepla konvekciou atď., a nové metódy odvodu tepla zahŕňajú: odvod tepla flip čipom a mikrokanálový odvod tepla.
Mechanizmus rozptylu tepla polovodičového laserového balenia pozostáva hlavne z laserového čipu, zváracej vrstvy, chladiča, kovovej vrstvy atď. Zváracia vrstva v štruktúre rozptylu tepla polovodičového lasera sa používa hlavne na spojenie čipu a chladiča zváraním. Aby sa dosiahol účel zníženia tepelného odporu pri použití vysokovýkonných polovodičových laserov, často sa pri spájkovaní používajú niektoré materiály s relatívne vysokou tepelnou vodivosťou, ako je spájka zlato-cín. Počas celého procesu balenia bude veľa úrovní, medzi tieto úrovne patria najmä: čip, vrstva spájky, chladič, kovová vrstva, využívajúce efekt prenosu tepla chladiča a kovovej vrstvy na vedenie tepelnej energie laserového čipu, a nakoniec vytvoriť polovodičový laser s dobrým odvodom tepla, aby sa predĺžila životnosť lasera.
Výkon rozptylu tepla vysokovýkonných polovodičových laserov sa hodnotí hlavne podľa tepelného odporu a tepelného toku. Pri hodnotení je potrebné venovať pozornosť tepelnému toku pri obmedzenej teplote. Ak sa počas analýzy rozptylu tepla zistí, že teplotný rozdiel medzi nimi je relatívne veľký, na povrchu laserového čipu sa objaví kondenzácia. Keď sa tento problém vyskytne, okrem ovplyvnenia optického výstupného výkonu to ovplyvní aj uzamknutie vlnovej dĺžky, a to aj v dôsledku spojenia. Problémy s expozíciou poškodzujú fotoelektrický výkon obvodu a v konečnom dôsledku ovplyvňujú spoľahlivosť. V súčasnosti je bežnou metódou na zníženie tepelného odporu použitie materiálov na tepelnú vodivosť. Vznik tepelne vodivých materiálov poskytuje laserom väčší priestor na optimalizáciu na zníženie teploty.
Spôsob chladenia a odvodu tepla chladičom prirodzeným prúdením Prirodzeným chladičom chladením a odvodom tepla prúdením je použitie niektorých materiálov s vysokou tepelnou vodivosťou na odvádzanie generovaného tepla a následné odvádzanie tepla prirodzenou konvekciou. Počas výskumu sa vedecké a technické personál tiež zistil, že rebrá môžu tiež pomôcť odvádzať teplo a môžu maximalizovať rýchlosť prenosu tepla v systéme rozptylu tepla pri odvádzaní tepla. Keď je teplota rovnaká, stúpanie plutiev sa bude znižovať so zvyšujúcou sa výškou plutiev. Pri použití substrátu na vertikálne umiestnenie chladiča je potrebné primerane zvýšiť výšku a zvýšením výšky sa zlepší efekt rozptylu tepla. Takáto metóda rozptylu tepla zníži pri použití veľa nákladov. V skutočnej práci sa ako chladič často používa nitrid medi alebo hliníka, ale metóda chladiča nemôže plne uspokojiť potreby vysokovýkonných polovodičových laserov na odvod tepla.
Veľkokanálová metóda chladenia vodou
Ak chcete znížiť teplotu chladiča, musíte v chladiči vybudovať kanál. Ak chcete dosiahnuť chladiaci efekt, musíte do tohto kanála pridať určitý zdroj vody, aby ste nezdržali prácu lasera. V reakcii na to výskumníci počas svojho výskumu zistili, že účinok rozptylu tepla konštrukcie spojlera je lepší ako účinok tradičnej štruktúry dutín, ale dôjde aj k zvýšeniu tlaku v kanáli. Výskum zistil, že hoci sú široko používané veľké kanály, kvôli neustálemu zvyšovaniu výstupného výkonu lasera, veľké kanály vodného chladenia už nemôžu spĺňať požiadavky na rozptyl tepla vysokovýkonných polovodičových laserov.
Spôsob chladenia rozprašovaním
Chladenie rozprašovaním je rozprašovanie chladiacej kvapaliny na teplovýmennú plochu pomocou atomizácie pomocou tlaku, aby sa dosiahol účel chladenia. Hlavnými charakteristikami chladenia rozprašovaním sú veľký koeficient prestupu tepla a nízky prietok chladiacej kvapaliny. Výskumníci zistili, že pri použití vody ako média a použití pevných kužeľových trysiek na experimenty môže mikroštruktúrovaný povrch zvýšiť efekt výmeny tepla. Počas štúdie sa zistilo, že chladiaci výkon chladenia sprejom súvisí s prietokom spreja. Okrem toho vedci objavili aj chladič s fázovou zmenou rozprašovania. Počas experimentu veľmi úzko súvisí aj výška dýzy v zariadení na chladenie rozprašovaním a efekt rozptylu tepla.
Záverečné poznámky
Celkovo vzaté, dva najkritickejšie faktory na zlepšenie efektu odvádzania tepla sú zníženie tepelného odporu systému odvádzania tepla a zvýšenie tepelného toku. Pri znižovaní tepelného odporu možno na jeho zníženie použiť materiály s vysokou tepelnou vodivosťou; pri zvyšovaní tepelného toku sa dá pomôcť zvýšením súčiniteľa prestupu tepla koncovky odvodu tepla. Keďže výkonové ukazovatele vysokovýkonných laserov sú stále vyššie a vyššie, mnohé metódy už nespĺňajú aplikačné požiadavky. Viac výskumníkov sa musí neustále snažiť študovať, aby našli vhodnejšie metódy rozptylu tepla pre vysokovýkonné polovodičové lasery.
