贾冠男，尧　舜，高祥宇，兰　天，邱运涛，王智勇

(北京工业大学 激光工程研究院，北京　100124)



热容型大功率半导体激光器瞬态热特性

贾冠男，尧舜*，高祥宇，兰天，邱运涛，王智勇

(北京工业大学 激光工程研究院，北京100124)

为研究热容型大功率半导体激光器在低环境温度、高瞬时功率、长工作间歇时间条件下的应用，建立三维瞬态热传导模型，通过有限元法计算得出热沉三维尺寸对半导体激光器瞬态热特性的影响。选取尺寸为26.6 mm×11.5 mm×4 mm的热沉进行热容型半导体激光器的封装测试，获得其在-20 ℃和-30 ℃环境温度下连续工作3.5 s过程中有源区温度随时间的变化曲线，并与数值计算的结果进行对比。结果表明，两者在误差范围内能够很好地吻合。

激光器；半导体激光器；热容型；瞬态热特性

*Corresponding Author,E-mail:yaoshun@bjut.edu.cn

1　引　　言

大功率半导体激光器由于其电光转换效率高、结构紧凑等突出优点，被广泛应用于军事、工业加工、激光医疗、光通信等领域[1-4]。随着功率的不断增大，工作过程中激光芯片产生的大量废热已严重制约半导体激光器性能的进一步提高[5]。热量的积累会引起芯片有源区的温升，导致激光器工作波长红移，光谱展宽，阈值电流上升，寿命衰减[6-9]。目前主要采用水冷、风冷和半导体致冷(TEC)等主动冷却方式[10-12]，利用相应的主动冷却装置，将芯片产生的废热及时有效地传导到外界环境中。然而主动冷却装置的引入，无疑将增加整个激光器的体积和重量，降低激光器的稳定性。在航天等特殊应用中，对半导体激光器的体积、重量和稳定性有严格限制，无法使用主动冷却装置进行冷却，且激光器工作在低温环境中，瞬时功率要求很高，而工作间歇时间很长。……