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来源:www.laser08.com 时间:2022-10-05 点击:1114
如果不解决这个问题激光切割机的使用寿命将下降一半!激光器散热的解决方案:半导体激光器具有明显的优势,如体积小、质量轻、电光转换效率高等。由于这些优势,半导体激光器在许多领域都有应用。固态激光器通常附在较简单的发光管上,其中一个发光管可以形成多个条,然后几个条形成一种堆叠。随着我国半导体技术水平逐渐下降,所用功率也随之下降。单根灯管的最大功率可以高达25W,一厘米的最大功率已经上升到1000瓦,但是单根灯管的体积其实是非常大的。奇妙。由于芯片温度对半导体性能有非常严重的影响,本文着眼于如何有效地散发高功率半导体激光器的热量以及如何有效地使用它们。
1、芯片温度对半导体激光器的影响
1.1 温度对最小电流的影响
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,最小激光电流也会增加。在这个阶段,很明显半导体激光器必须在保持最小电流的同时提高温度下的散热效率。这是确保激光正常运行的唯一方法。
1.2 芯片温度对斜率的影响
半导体激光器的斜率效率是半导体激光器的电源电流和工作电流的线性读数。一般来说,半导体激光器的倾斜功率越高,其性能越好。但是,芯片温度升高。半导体激光器的倾斜效率没有得到很好的发展。
1.3 芯片温度对光输出的影响
实验数据表明,芯片温度越高,激光输出越低。
1.4 电致发光线长度对芯片温度的影响
随着激光温度的变化,机器的光辐射长度也会发生变化。因此,根据上述信息,芯片温度的升高和激光器温度的升高会阻碍激光器获得良好的性能,因此迫切需要研究激光器的热导率,并且激光器通常工作在关键位置。 .
2.激光冷却工艺
2.1 半导体激光器传热的连接
半导体激光器在正常工作时发出的热量大部分是通过沉积散发的,激光器的散热主要包括一次散热和二次散热。激光工作芯片暴露在许多复杂多变的初级散热工艺过程中。二次产热会直接影响冷却液,因此热量会损失掉。激光器产生的热量再经过焊接室、隔离室、初级散热、次级散热到最终散热。为了有效降低激光器的温度,除了激光的功率外,还需要考虑两点:一方面,可以降低冷却液的温度,以增加温度传播。一种方便的方法是例如液氮法。由于半导体激光器在日常工作环境中冷却过强,表面会结霜。因此,在感冒的情况下,激光会执行弯曲光线的功能,即使在严重的情况下,也会激活激光。如果电路闭合,激光器可能无法正常工作,因此使用此方法时必须严格遵守操作标准。另一方面,激光芯片温度和冷却剂之间的热阻减小。例如,最好使用一块不锈钢石材。
2.2 激光散热方式研究
激光的热导率可以分为两个方面:固体的热导率和液固间的热导率。连续层的热导率包括热层的热阻、各接缝之间的热阻和绝缘层之间的热阻。为了有效降低固定端的热阻,许多研究人员进行了提高原材料导热系数的研究。例如,使用不锈钢板可以有效地散热。与传统的热载体材料相比,该工艺热阻效率降低了40-50%,最小电流也大大降低。光通量也显着提高。虽然降低固相端的热阻可以有效降低激光器的温度,但在相关研究中发现,一些二氧化硅材料用作除热剂,固相端的热量只有一半。液体侧的热阻。这意味着激光散热最重要的部分是增加液体侧的热阻。传统的热阻方法是采用空气对流的方法。随着激光功率的增加,一些从液体中去除热量的传统方法已不足以满足激光去除热量的要求。于是,随着时间的推移,出现了许多新的散热方式,例如: B.使用微通道、冷却方式、喷雾冷却等。
3.传统冷却方式
我国传统的一些冷却方式有自然对流、大通道水冷和固态冷却。
3.1 自然对流冷却方式
我国传统的激光器散热方法是利用导热性好的沉淀,延伸半导体激光器的表层,利用自然散热的方法达到降低芯片温度的目的。这种结构具有一定的便利性,对材料的导热性要求也相当高,因此铜经常被用作最常见的材料。然而,这种方法已经不能满足当前的冷却要求。
3.2 宽通道水冷方式
最初,一些研究人员为了彻底减少激光散热问题,用强制对流代替自然对流冷却,从而产生了一种从大通道中去除热量的方法。传统大通道水冷工艺的结构为谐振器式。通过优化吸水的自由空间,可以充分利用激光辐射的效率。实验数据表明,该方法具有良好的散热功能。这种水冷方式虽然与传统方式相比有很多明显的优点,但也有缺点,主要问题是温度分布不均匀。为了解决这个问题,研究人员在通道中添加了许多传热结构,例如流动结构。还对直列和分叉设计的散热效果进行了分析,得出的结论是直列和分叉设计的散热比传统的散热方式要好,但缺点是压力会增加。因此,宽通道水冷方式具有结构简单、温度分布优良的特点。这是目前最常见的散热方式。但是,由于近年来激光器的高功率,这种方法仍然不能满足散热的要求。
4、新的散热方式
我国在使用大功率激光器的过程中,开发了很多新的散热方式,包括使用散热导管、冷却液喷射、散热方式等。
4.1 微通道冷却
实验揭示了一种在微通道中采用单向水冷的高效除热方法。采用单向微通道水冷方式降低温度促使研究人员一一进行研究。微通道水冷方式有两种定义。第一种由其尺寸定义,其中较小的水力直径被定义为微通道,而第二种则分为微通道或规则通道。划分表面张力。其中,关于微通道散热特性的研究较多,微通道内流体流动方向可分为同时型和双型两种。通过对微通道理论知识的不断探索,许多研究人员将微通道散热方法应用于激光散热。除此之外,这位科学家还使用光长为 808 nm 的激光进行了实验。数据表明,该微通道可以有效降低激光温度,保证激光的流动。因此,可以将管子作为热交换介质,降低了微通道的工作难度,得出这种介质具有良好的热交换功能。
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