光纤激光器和半导体激光器的区别，大功率半导体激光器是如何进行散热的

很多朋友对光纤激光器和半导体激光器的区别，大功率半导体激光器是如何进行散热的不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

(文章来源：激光)

半导体激光器具有体积和质量小、电光转换效率高等明显的优点。由于这些优点，半导体激光器已被用于各种行业。半导体激光器通常由最基本的发光单管组合而成，可以形成多条，再由多条组成一定的重叠阵列。

因为国内半导体技术的深入，使用的功率也在增加。单个发光管的极限功率可以达到25瓦，峰值厘米巴功率提高到了1000瓦，但是单个发光管的体积确实很精致。由于芯片的温升会对半导体工作产生非常严重的影响，本文研究了如何有效地对大功率半导体激光器进行散热，并讨论了如何有效地利用它们。

芯片温度对激光器正常工作所需最小电流的影响主要体现在激光器的内部结构上。随着芯片温度的升高，激光器的最小电流也会相应增加。这时候很明显半导体激光器必须在最小电流的支持下加快温度的散热效率，只有这样才能保证激光器的正常工作。

半导体激光器的斜率效率是半导体激光器的启动电流和驱动光电流的线性数据。一般来说，半导体激光器的斜率效率越大，其带来的性能就越好。但是芯片的温升会使半导体激光器的斜坡效率发挥不出来。从实验数据中可以明显看出，芯片温度越高，激光器的发光效率越低。

如果激光器的温度发生变化，机构的发光长度也会相应变化。所以根据上面提到的数据，芯片温度的升高，激光器温度的升高，会使激光器得不到良好的工作性能，所以迫切需要研究激光器的散热性能，这也是激光器正常工作的关键所在。

半导体激光器正常工作时发出的热量大部分以沉淀方式耗散，激光器的散热主要包括一次散热和二次散热。激光器的工作芯片经历了许多复杂多变的初级散热过程。二次散热可以和冷却物质产生最直接的作用，从而使热量消失。激光器产生的热量依次通过焊接室、保温室、一次散热和二次散热进行散热。

其中，在一定程度上，要想有效降低激光器的温度，就必须做到这两点：一方面，可以降低冷却液的温度，通过加大温差来达到散热的目的。

激光器的传热导体可分为固体导热和流固导热两个方面。固体层的热传导包括热层热阻、焊接间热阻和绝缘间热阻。为了有效降低固体端的热阻，很多研究者都做了提高原材料导热系数的研究，比如使用细钢石膜有效散热。

与传统热沉材料相比，该方法热阻降低40%至50%，最小电流明显降低。发光功效也得到了显著提高。虽然降低固体端的热阻可以有效的缓解激光器的温度，但是根据相应的研究发现，一些硅胶材料作为热沉材料，固体端的热量只有流体端热阻的一半，也就是说激光器散热最重要的是增加流体端的热阻。

国内传统的散热方式有自然对流、大通道水冷、半导体冷却等。

我国传统的激光器散热方式是利用导热性好的降水，延长半导体激光器表层，利用自然散热达到降低芯片温度的目的。这种方式在结构上有一定的便利性，对材料的导热性能要求较高，所以铜往往被作为最主要的材料。然而，这种方法已经不能满足今天的冷却要求。

当初有研究人员为了充分降低激光器的散热，将自然对流冷却改为强制对流冷却，于是出现了大通道热沉模式。传统大通道水冷方式中的结构为腔体式。通过优化进水空位，可以充分发挥激光器的发光效率。实验数据表明，该方法具有良好的散热功能。

虽然这种水冷方式与传统方式相比有一些明显的优点，但它也有自己的缺点，其主要问题是温度分布不均匀。为了解决这种现象，研究人员在通道中增加了很多换热结构，比如流动结构。

现在国内随着大功率激光器的使用，发展了很多新的散热方式，包括使用通道散热、喷洒冷却液、热管散热等。

通过实验，我们发现了微通道内单向水冷的高效散热方式，利用微通道内的单向水冷进行降温引起了学者们的研究。微通道水冷方式有两种定义，第一种根据其大小定义，其中水力直径小的定义为微通道，另一种通过划分表面张力分为微通道或常规通道。

其中，对微通道散热性能的研究无处不在，微通道内液体的流动方向可分为单项和双项。随着对微通道理论知识的不断研究，许多研究者将微通道散热方法应用到激光器的散热工作中。

而喷雾冷却是一种比较复杂的方式，需要借助高气压将液体雾化，用力喷射，从而实现对激光器的冷却。一些学者研究了激光表面粗糙度对注入冷却剂热传导的影响。加深表面的粗糙度可以有效地增强喷雾的热通量。通过这些实验研究，将喷雾冷却应用于实际是可能的。

如今，这种喷雾冷却方式在我国的化工、核电行业得到了广泛应用。

利用射流冲击全心降温，是一种通过高速液体在表面传导热量，从而达到降温的效果。有学者做了实验。他们用23度的水作为喷洒材料，强力喷洒后，温度控制在50度。学者们还设计和研究了喷雾设备。采用微机电控制手段，可以在强压注过程中更好地工作，具有结构精巧、可靠性高的特点。

非常适合小型激光器的散热。此外，这种方法还可以用于核反应堆，在那里冷却介质可以用氦气代替，温差最大可达1500w W。

由于液态金属具有良好的导热性，例如铝合金的导热性是水的29倍，又由于其良好的对流导热性，这种良好的导热性可广泛应用于电子芯片技术中，但也有学者发现可用于激光器的散热。一些研究人员创造性地创造了一种从液态金属中散热的方法。

实验过程是金属材料在圆环内旋转，同时进入热管或微通道，带走铝合金等金属辐射的热量。实验表明，激光器芯片表面热流密度达到1000w时，芯片温度才达到23度，可以使激光器正常使用。

上面提到的这些散热方式可以解决热密度问题，但不一定意味着散热性能好。如果仅仅从热密度的大小来判断其散热效率是片面的，那么就需要进行全面的考察，一种方式是否具有良好的散热性能需要同时考虑热密度和温差。相关研究人员研究了不同的散热方式，统计了热密度和温差的实验数据。

实验数据表明，每种散热方式所达到的热密度都可以随着温差的增大而增大。对于激光器的热沉，一般需要将冷却介质的温度保持在20度左右。（

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