一、影响量子阱激光器热特性的主要因素（论文文献综述）
赵荣进[1]（2021）在《976nm激光器结构优化与验证》文中研究指明976nm波段大功率半导体激光器提供的泵浦光能量与掺镱光纤激光器吸收峰匹配,在光纤激光器泵浦领域得到广泛应用,关于激光芯片的工程化研究成为近年激光器的研究热点之一。本文以976nm量子阱激光器为研究对象,从结构分析、仿真模拟、实验测试、等效电路建模四个方面开展研究,主要的工作内容和研究成果包括:第一,理论分析了有源区组分和厚度、波导层结构以及腔长、非注入窗口等参数对激光器特性的影响规律,为提升输出功率,引入非对称波导层结构,确定了 976nm非对称解耦限制异质结（Asymmetric Decoupled Confinement Heterostructure,ADCH）半导体激光器的材料结构。从载流子的注入对腔面有源区产生热损伤机理的角度出发,分析了电流非注入窗口对有源区腔面的温度、光场和载流子分布等因素的影响,结果表明:前腔面有源区的温度会随着电流非注入区宽度的提高而明显降低,但当增加到60μm之后,温度的变化趋于平缓。对于60μm宽的非注入窗口,前腔面处光强从1.977×108W/cm2变为1.586×108W/cm2,降低了 19.8%,载流子浓度从 8.12×1017cm-3 变为 6.89×1017cm-3,降低了12.16%。通过电流非注入窗口的引入可以有效减少腔面处的光吸收和载流子浓度,为优化非注入窗口结构提高COD阈值功率提供了设计参考。第二,针对本文所设计的976nm ADCH半导体激光器,实测了工艺流片后的器件特性,在20℃时,器件的阈值电流为0.967A,输出功率为20.93W,斜率效率为1.22W/A,激光器的峰值波长为977.48nm;在7℃时,器件的阈值电流增加到1.32A,斜率效率下降到0.853W/A,输出功率降低到13.04W。计算得出,20～70℃时器件的特征温度为160K,光谱红移为0.4nm/℃。并测试了不同腔长的光电特性,计算得出内量子效率为96.15%,内损耗为0.129cm-1。最后,根据所设计的器件结构和特性测试结果,提取相应参数,以速率方程为基础,建立976nm大功率量子阱激光器的等效电路模型,并进行直流特性仿真。所建立的电路模型能较好吻合实际器件的LIV特性和温度特性,可为大功率半导体激光驱动电源设计提供实用的激光电路模型。
马泽坤[2]（2021）在《高功率LD芯片封装热特性仿真与分析》文中指出高功率半导体激光器（LD）在材料加工、医疗美容、激光泵浦源等领域有着广泛的应用,终端应用对器件的输出功率和可靠性提出了更高要求,散热优化和新型封装结构设计愈发重要。本文使用有限元方法（FEM）,对高功率LD芯片及其封装结构进行了稳态热特性仿真,分析了封装参数对高功率LD芯片热特性的影响,对提高器件可靠性有一定的参考意义。主要研究内容和成果如下:1、建立了基于封装原型的COS（Chip On Submount）封装单管有限元热分析模型（本文模型）和简易长方体堆叠结构有限元热分析模型（简易模型）。在热沉底面25℃时,使用两种模型对多个器件仿真得到的结果与实际有源层温度的平均误差分别为4.66%和15.03%,本文模型使仿真结果与实际温度间的误差显着降低。2、研究了焊料参数对LD芯片热特性的影响。结果表明In、InSn和AuSn三种焊料,均表现出随焊料层厚度增加,芯片有源层温度升高,热应力降低。对AuSn焊料层空洞参数建模仿真结果表明,在同一空洞率的条件下,空洞分布为多个小空洞时,芯片有源层的平均温度温升更大,空洞分布为单个大空洞时,芯片有源层最高温度温升更大。3、研究了热沉参数对LD芯片热特性的影响。仿真分析结果表明AlN、BeO、Si3N4、Cu和Cu-diamond五种材料的热沉均表现出随热沉厚度增加,芯片有源层温度升高,热应力增大。设计了一种新型复合结构热沉,相较于传统热沉,新型热沉使器件热阻减少了0.39℃/W,散热水平提升了 17.03%,芯片最大热应力降低了 17.12%。4、建立了传导冷却封装高功率LD巴条有限元热分析模型,仿真得到底部散热封装结构芯片有源层的最高温度85.07℃,器件热阻1.20℃/W,芯片的最大热应力50.77MPa,隔离槽深对器件散热只有细微影响。相较于底部散热结构,背部散热封装结构器件散热能力提升了 35.83%,芯片最大应力升高了 23.68%。设计了一种双面散热式复合散热新型封装结构,相较于底部散热封装结构,器件散热能力提升了 28.33%,芯片最大热应力降低了 26.43%。
蔡元红[3]（2021）在《微热通道调控宽条形半导体激光器》文中进行了进一步梳理宽条形半导体激光器在材料、军事、通讯、信息存储与处理等领域有着广泛的应用前景,但热透镜效应导致的光束质量恶化问题一定程度上限制了宽条形半导体激光器的发展。为了提高半导体激光器的光束质量,让宽条形半导体激光器得到不断的应用与开发,抑制半导体激光器的热透镜效应对宽条形半导体激光器远场发散角的影响是本论文的重点研究方向。围绕宽条形半导体激光器波导热透镜效应的改善,论文主要开展了以下研究工作:1)根据半导体激光器的热特性和远场特性基本理论,分析了激光器工作温度与热透镜效应的关系,热透镜效应会随工作温度升高而显着增加,并导致半导体激光器的远场发散角增加,光束质量恶化;2)设计了一种通过调控宽条形半导体激光器内部温度分布的微热通道电极结构,用于抑制激光器的热透镜效应,该微热通道电极结构通过抑制有源区横向热流来实现对宽条形半导体激光器的调控;3)利用ANSYS软件模拟不同参数的微热通道结构对激光器温度分布调控效果,并对微热通道结构进行优化。模拟结果表明:当微热通道结构高热导率区为Cu材质,宽度为100μm,厚度为20μm时,对激光器内部温度调控效果最好。当热功率为10W时,普通电极结构激光器注入区侧向温度差达到了5.7℃,引入微热通道电极结构后,激光器注入区侧向温度差下降到了0.8℃左右;4)通过电镀铜工艺和半导体工艺制备了波长为940nm的微热通道电极结构激光器芯片。芯片测试结果表明:在注入电流为2A时,微热通道电极结构激光器的慢轴发散角相对于普通电极结构激光器减小了24%,有效降低了热透镜效应对激光器慢轴发散角的影响。
叶卫斌[4]（2021）在《可调谐半导体激光器封装的热特性和热应力的分析与优化》文中指出半导体激光器在工业、医学、航空航天、雷达、测量与检测等领域有广泛的应用。但是,半导体激光器依旧存在许多问题和挑战。半导体激光器的电光转换效率为70%左右,在工作中会产生大量的热,使得半导体激光器芯片温度上升。半导体激光器温度升高会导致其中心波长发生偏移,谱宽的展宽,输出功率降低以及可靠性下降等问题。此外,由于激光器芯片与焊料、热沉的热膨胀系数不匹配,半导体激光器内部存在较大的热应力,导致半导体激光器芯片出现翘曲变形、粘接层开裂、疲劳断裂等一系列问题。为了提高半导体激光器的散热性能,完善其热管理,实现半导体激光器高热稳定性,提高半导体激光器可靠性。本文研究不同封装结构、材料类型等参数对可调谐半导体激光器散热性能的影响,系统性分析可调谐半导体激光器在不同条件下的热特性以及热应力,揭示不同参数与可调谐半导体激光器热性能的内在联系,确定影响可调谐半导体激光器热性能的关键参数,通过正交实验的方法对关键参数进行优化,实现可调谐半导体激光器散热性能和机械性能最优化。本文主要研究工作和研究结果如下:（1）基于可调谐半导体激光器的封装结构,对可调谐半导体激光器封装结构进行简化并建立数值仿真模型;对可调谐半导体激光器的温度特性进行了归纳总结分析。基于可调谐半导体激光器仿真模型对热电制冷器（TEC）、环境温度、产热功率等参数对可调谐半导体激光器热性能的影响。研究发现TEC控温模块可以明显降低可调谐半导体激光器的结温;并且当环境温度在-5℃～+75℃之间,可调谐半导体激光器可以保持稳定。此外,可调谐半导体激光器的热耗对控温的影响较大,通过降低可调谐半导体激光器的热耗,可以实现可调谐半导体激光器性能高稳定性。（2）建立可调谐半导体激光器封装结构残余热应力分析模型,深入研究分析可调谐半导体激光器封装结构内部的残余热应力产生机理。为了优化可调谐半导体激光器散热路径,本文分别研究了纳米银焊膏、铟（In）焊料和锡金（Au Sn）焊料在半导体激光中的应用性能。研究结果表明,Au Sn焊料的残余热应力和翘曲变形最大,但其可以获得贴片的完整性;纳米银焊膏可以获得较低的可调谐半导体激光器LD结温,尤其是针对更大功率的可调谐半导体激光器;In焊料则可以获得较低的可调谐半导体激光器的残余热应力和翘曲变形。此外,纳米银焊膏在可调谐半导体激光器中具有巨大的应用潜力,烧结工艺对其性能表现有较大影响,本文对不同纳米银烧结工艺在可调谐半导体激光器应的用性能进行分析研究。研究结果表明,不同的辅助压力对纳米银焊膏在可调谐半导体激光器中的性能表现有较大的影响;辅助压力在1～40MPa范围时,可调谐半导体激光器残余残余热应力先减小后增大,并在辅助压力为10MPa时,可调谐半导体激光器的最大残余应力达到最小值,其最小值为14.60MPa。此外,随着辅助压力增加,其翘曲变形也随之增加。（3）基于可调谐半导体激光器封装结构数值仿真模型,探究不同封装结构和焊料选择与可调谐半导体激光器热特性间的联系;分别研究了三种焊料类型、不同焊料厚度、不同热沉尺寸对可调谐半导体激光器激光二极管（LD）结温的影响,提取关键参数进行优化,获得最佳可调谐半导体激光器结构设计参数。研究结果表明,纳米银焊膏封装的可调谐半导体激光器LD的结温最低,比Au Sn焊料封装的LD结温降低了0.26℃,尤其针对稍大功率的可调谐半导体激光器,纳米银焊膏散热效果越明显;焊料厚度越薄,LD的结温越低;热沉的长度对可调谐半导体激光器LD的结温几乎没有影响,热沉的宽度影响最大。本文通过正交实验的方法获得最佳可调谐半导体激光器封装结构参数,与现有可调谐半导体激光器封装结构相比,可调谐半导体激光器结温降低5.2%,具体温度为26.23℃。基于可调谐半导体激光器封装结构的最优设计,可以实现可调谐半导体激光器工作过程中的高热稳定性。
周瑞[5]（2020）在《GaN基翻转脊形结构激光器设计与制备研究》文中研究指明常规结构GaN基激光器存在串联电阻大、热阻高等问题,使得器件的工作结温较高,严重影响了器件性能;针对此问题,本文创新性提出了翻转脊形结构激光器,以研制面向硅基光电集成等应用、与硅基CMOS完全兼容的翻转脊形结构硅基GaN激光器为研究目标,从GaN基翻转脊形结构激光器的结构设计、外延生长、工艺制备和测试分析等方面进行研究,取得了以下成果:1.创新提出了一种新型激光器结构:GaN基翻转脊形结构激光器,该结构通过将常规GaN基激光器的脊形从p侧翻转到n侧,且在激光器p侧制作整面电极,大大增加了空穴注入面积,有效降低器件电阻,减小工作电压和焦耳热。此外,该结构可采用晶圆级键合将激光器的p侧与热沉直接封装,缩短了热传输路径,可有效降低工作结温,提高激光器性能。2.设计了 GaN基翻转脊形结构激光器,光学仿真结果表明激光器有源区的光限制因子提高了 10.5%,内损耗降低21%。采用电阻分析模型对翻转脊形结构激光器的电流输运进行研究,并通过模拟计算表明翻转脊形结构激光器中可能存在电流扩展效应,影响器件的注入效率。针对此问题,我们提出了调制掺杂抑制电流扩展的实验方案,实验结果表明电流扩展得到了有效抑制。3.开发了翻转结构GaN基激光器的整套制备工艺,其中结合XPS分析表面元素组分对氮面n-GaN欧姆接触的影响,获得了比接触电阻率<2.5×10-4Ω·cm2并在350℃热退火下仍保持稳定的氮面n-GaN欧姆接触;开发了 ICP干法刻蚀与FIB相结合的腔面制备技术,得到了表面平整、刻蚀损伤小且垂直的激光器腔面。4.成功制备了可与CMOS兼容的基于Si（100）基板的GaN基翻转脊形结构激光器,并在注入电流350 mA（阈值电流密度4.3kA/cm2）下实现室温连续激射。I-V测试表明GaN基翻转脊形结构激光器的微分电阻（350mA下）仅为常规结构激光器的52%且工作电压降低1.41V。正向电压法和阈值电流法测试结果均证实采用翻转脊形结构可使激光器的热阻降低8 K/W,工作时结温降低25℃。并通过热学仿真表明当采用高热导率的Cu焊料后,翻转结构激光器热阻可进一步降低28%。
么娜[6]（2020）在《915nm宽条形应变量子阱半导体激光器输出特性研究》文中提出半导体激光器具有效率高、寿命、光束质量高、稳定性好、结构紧凑等特点,近年来得到了较快的发展。其中,915nm的半导体激光器在泵浦源、激光成像等领域具有非常重要的作用。对于大功率的宽条形915nm半导体激光器,由于其注入电流大,发热量高,所以温升对于其性能有着较大的影响,包括其所引起的热透镜效应对器件的输出光束质量的影响,以及温度对于工作可靠性的影响等,都对器件的实际应用产生了制约。本论文以915nm宽条形量子阱半导体激光器为主要研究对象,从理论阐述、仿真模拟和实验测试三方面较为详细地对器件的各方面特性进行了深入的评价分析。首先,从理论方面分析了半导体激光器的产热机制,以及温升对其输出功率、阈值电流、光谱特性、远场发散角以及工作可靠性和使用寿命的影响,并对大功率半导体激光器的产热机制及其热阻和测量方法进行了必要的介绍。其次,分析了热透镜效应对915nm宽条形半导体激光器输出特性的影响,并采用计算机模拟仿真和实验测量两种手段进行了深入的分析。在计算机模拟仿真中,利用ANSYS软件对所研究的半导体激光器进行了三维建模,并划分有限元对器件的稳态工作状态进行了仿真。当器件的热功率为10.3W时,中心结温达到40.9℃,根据所得到的热分布数据,计算出热透镜的焦距约为109.5μm,激光器的慢轴发散角约为4.7°,器件的热阻为1.5K/W。从分析仿真结果中还发现,热透镜效应对侧向波导有较大影响,导致慢轴发散角明显增大。为了实际测量温升对915nm宽条形应变量子阱半导体激光器输出特性的影响,搭建了基于大功率TEC元件的双向温控平台,该平台的温控范围可达5℃～80℃,温控精度精度高于±0.1℃,致冷/加热功率≥50W,控温面积≥50mm×50mm,温控参数（PID）可由计算机软件进行精密调整。利用温控平台改变半导体激光器的热沉温度,测量了其在不同注入电流时的光功率和波长,同时,采用CCD相机测量其慢轴发散角。实验发现,随着热功率从2.1W升高至20.0W,激光器慢轴发散角从2.6°增大至5.0°,波长发生明显红移,热透镜焦距减小。实验测得激光器波长随温度变化关系的系数约为0.4nm/℃,将测量的结果与仿真模拟得到的数据进行比较,两者得出的结果基本趋于一致。然后,利用实验手段测试分析了温升对915nm宽条形量子阱半导体激光器的光电特性和工作可靠性的影响。在连续工作（CW）条件下,当器件的控温温度从25℃升高至80℃时,其峰值波长从915nm漂移到936nm,器件的波长温度系数约为0.4nm/℃,激光器的斜率效率从25℃的1.1W/A降低到了80℃的0.9W/A,阈值电流从1.0A升高到1.3A,阈值电流密度从0.14kA/cm2升高到0.18kA/cm2,计算得出器件的阈值特征温度为89.4K。在脉冲工作条件下,通过改变注入电流的脉冲宽度,将其占空比从10%逐步升高到90%,并测量了每一占空比下电流从2A增大至20A时激光器的各项指标。经过分析发现,随着激光器工作占空比的增加,激光器的输出光谱出现了红移,器件的斜率效率则从10%的1.17W/A下降到了90%的1.04W/A,阈值电流从占空比10%时的0.67A增加到占空比90%时的1.01A。在对915nm宽条形应变量子阱半导体激光器进行的加速寿命测试中,设定器件的工作电流为20A,热沉温度分别设定为60℃和80℃,分别进行了连续500小时和800小时以上的输出功率监测。通过对记录数据进行分析,表明,60℃条件下激光器的预期寿命约为45820小时,80℃时则为20661小时。最后,采用实验手段对915nm宽条形量子阱半导体激光器的光束质量相关参数进行了测量和分析。采用CCD光学成像对不同注入电流下的激光器输出光束进行了测量,获得了不同位置的光斑大小,对校正后的光斑半径进行最小二乘法拟合,得到了器件输出光束的M2因子,发现工作电流从1A增加到10A,束腰宽度及远场发散角都逐渐增大,光束质量因子M2从5.44增加到11.76,光束质量逐渐变差。通过对915nm大功率宽条形量子阱半导体激光器输出特性,特别是热特性的研究,初步获得了该类器件阈值、斜率效率、光谱、光束质量、可靠性随工作温度的变化关系,加深了对宽条形激光器侧向波导热透镜效应的认识,建立了激光器远场热透镜效应的简化计算方法。以上研究及取得的结果对于进一步优化915nm大功率宽条形量子阱半导体激光器结构具有一定的支持作用,以获得高光束质量、高功率工作器件的快速发展。
牛守柱[7]（2020）在《高功率长波红外量子级联激光器研究》文中研究表明量子级联激光器（Quantum Cascade Laser,QCL）是一种基于子带间电子跃迁的单极型半导体光电器件,其波长覆盖中远红外到太赫兹波段,在气体成分检测、医学诊断、危险品遥测、自由空间通信等方面具有重要的应用。长波红外波段包含许多气体分子的指纹吸收峰,而且位于低损耗的大气窗口内,因此发展高功率长波红外量子级联激光器研究在气体传感、自由空间通信和红外对抗等领域有着重要的意义。目前的量子级联激光器在3-5μm波段范围内已经实现了瓦级连续输出,然而由于8-14μm长波器件本身固有的技术限制（如自由载流子的光学损耗增加、子带间增益降低、光限制能力减弱等）,使得长波器件性能随着波长增加迅速下降。本文致力于通过器件结构设计和有源区设计来提高长波量子级联激光器的输出功率,改善器件散热效果,具体研究内容如下:（1）根据热传导傅里叶定律,采用有限元方法对长波量子级联激光器的热特性进行了系统的研究。分析了不同器件结构参数对长波器件热特性的影响,获得了散热性能最佳的器件结构结构,为改善器件的散热性能,提高长波器件输出功率提供了理论依据。（2）根据拟合所获得的最佳器件结构需要,系统开展了金属氧化物气相外延（MOCVD）二次外延半绝缘Fe:In P研究。首先对生长参数对本征In P性能的影响进行了分析,之后开展了Fe掺杂半绝缘In P生长研究,获得了具有良好绝缘特性的半绝缘In P材料。最终通过散热结构优化,并采用半绝缘In P填充的掩埋异质结结构,使得器件输出功率较传统结构提升了85%,室温最大功率从280 m W提高到520 m W。（3）设计制备了束缚到连续有源区结构的高功率量子级联激光器。该结构采用应变匹配的结构设计,有效降低了材料的外延难度。最终采用该结构的器件实现了～8μm波长激射,而在288K和323K温度下,腔长5 mm,脊宽8μm的器件输出功率分别达到了401 m W和108 m W,此时阈值电流密度分别为2.03 k A/cm2和2.85 k A/cm2。同时电致发光谱显示,室温下器件增益谱半高宽达到了44 me V,这表明器件在实现高功率输出的同时也具备优良的波长调节特性。（4）设计制备了14μm In P基高功率量子级联激光器。该结构通过采用斜跃迁束缚到束缚结构设计,实现了高效率的电子注入,而通过非共振抽取结构设计,则可以将电子迅速抽走,从而克服了长波器件粒子数反转困难的问题。通过采用该结构设计的量子级联激光器,实现了室温14μm波长激射,对于腔长为4 mm,脊宽为4μm的器件,阈值电流密度仅为3.13 k A/cm2。温度为293K时,器件最大单面峰值功率到了创纪录的830 m W,而平均功率则高出已报到结果一个数量级,达到了75 m W。同时器件也显示出极优异的温度特性,在293K-353K的温度范围内,阈值电流密度特征温度T0达到了395K。（5）根据苯系污染物检测对14μm波段可调谐红外光源的需求,在获得的高功率长波量子级联激光器基础上,搭建了长波用Littrow型外腔量子级联激光器光学系统。为长波外腔量子级联激光器设计了双层减反射膜,可有效抑制内腔模式,提高外腔量子级联激光器的调谐范围。Al2O3/Zn Se双层减反射膜在室温脉冲工作时,具有良好的减反射效果,使我们的激光器调谐范围从36 cm-1（13.57-14.26μm）提高到了58cm-1（13.26～14.35μm）,提高了62%,这是国内外首次制作出这一波段外腔可调谐的量子级联激光器。
吴的海[8]（2019）在《高功率半导体激光器热设计及其对光谱特性影响的研究》文中进行了进一步梳理高功率半导体激光器（HPLD）以其体积小、重量轻、效率高、成本低等优点广泛应用于泵浦固体与光纤激光器、工业加工、医疗美容、3D传感、自动驾驶等领域。受GaAs基材料本征物理属性及外延生长工艺的共同限制,LD的电光转换效率难以进一步提升。随着电流的增加,芯片产热严重,有源区温度持续升高,LD的输出功率随之发生热饱和与翻转。同时伴随着热功率的增大,芯片有源区温度的均匀性变差,导致LD光谱发生展宽,严重制约了LD的泵浦应用。因此,热管理对于HPLD来说尤为重要。本文围绕HPLD热阻和温度均匀性的优化设计,以及温度对光谱展宽的影响,开展了如下研究工作:1.推导出了适用于LD单管和巴条的三维解析热物理全面模型。针对该模型的关键性假设进行了讨论,明确了各假设所引入的误差以及该模型的适用性条件。针对传导冷却LD单管与巴条,基于波长漂移法和有限元仿真（FEM）验证了该三维解析热模型的准确性高达97%。2.基于三维解析热物理模型,研究了传导冷却HPLD单管与巴条的稳态热特性,揭示了激光器温度场、热流场的分布。研究表明:对于F-Mount单管和HardCS巴条,热流在芯片N面GaAs衬底内的扩散对整体散热的贡献分别为8%与6%,增加N面厚度和结构可进一步降低LD的热阻;揭示了测试夹具（外部散热条件）对F-Mount单管和HardCS巴条热阻的贡献分别高达36.8%和26.0%。3.提出了微分热扩散角和有效热扩散角的概念。应用微分热扩散角定量化表征了热流在LD封装体内的扩散过程;应用有效热扩散角合理化解释了传导冷却热沉各参数对激光器热阻的影响。基于三维解析热模型,给出了不同外部散热条件下传导冷却热沉、次热沉的理论热设计曲线;设计制作了两款高效散热性能的传导冷却LD巴条,将商用HardCS、MiniCS巴条的最大输出功率分别提高了12%和37%。此外,在恒定有源区温升条件下研究了封装结构对LD单管有源区内和巴条发光点之间温差的影响。4.建立了微通道液体制冷HPLD基于计算流体力学（CFD）的数值传热模型,研究了不同流量下微通道热沉（MCH）的对流换热系数（HTC）分布、流速分布、压降分布,以及各通道部分对整体散热的贡献。研究发现:微通道入口处的HTC比出口处大2个数量级;中间通道的平均HTC是底部通道和上通道的3倍;在标称流量0.3L/min下,底部通道与上通道对散热的贡献相等。对比LD巴条热阻测试结果,CFD数值模型在不同流量下的最大误差为10%。基于CFD数值计算结果,提出了HPLD微通道热沉的解析热阻网络模型,表征了MCH热阻的组成部分。相对于CFD数值模型,其热阻计算误差小于5%。此外,还对MCH进行了热阻、温度均匀性的优化,提出了三种可以减小巴条发光点间温度差异的MCH设计方案。设计制作了一款消除横向热扩散的MCH,其各发光点的温度接近100%一致,并通过LD巴条的空间光谱测试进行了验证。5.引入多高斯函数作为HPLD光谱的表征模型,并耦合三维解析热模型求解的温度场,研究了注入电流、芯片结构、封装热设计对LD单管及巴条光谱展宽的影响。研究结果表明:正常连续波（CW）模式工作时F-Mount单管和HardCS巴条单发光点的光谱FWHM展宽比例高达75%与180%;HardCS巴条发光点之间热串扰引起的光谱FWHM展展比例高达70%。在恒定有源区温升条件下,单管的光谱强度分布随着热沉厚度、宽度、长度以及次热沉厚度的增加而展宽;对于巴条,随着热沉变厚,巴条发光点之间温差减小导致了光谱宽度的减小,随着热沉变宽、次热沉变厚,巴条发光点之间温差增大导致了光谱的展宽。6.应用多高斯光谱模型研究了外延工艺一致性和封装结构形式对巴条光谱展宽的影响。研究发现:典型的外延生长工艺导致LD巴条光谱的展宽比例小于10%;对比四种常见不同封装结构的HPLD巴条,封装残余热应力对HardCS巴条的光谱展宽最为严重,展宽比例约为15%。
宋健[9]（2019）在《高功率半导体激光器的热特性分析》文中进行了进一步梳理半导体激光器是激光行业中极具发展潜力的光电器件。随着半导体激光器输出功率的不断升高,半导体激光器的热管理成为了相关科研人员研究的热点与难点。所以分析并优化半导体激光器的热特性,在半导体激光行业具有重要意义。本论文主要研究内容如下:通过ANSYS对半导体激光器进行稳态热特性分析,提出并推导半导体激光器的热透镜效应的相关公式,定量计算了等效热透镜焦距及热效应对慢轴光束发散角的影响。通过实验测量了封装激光器的结温度和慢轴发散角随工作电流的变化,并对比了其与模拟结果的差异,分析表明热透镜效应随热功率的升高而变得明显,即随着热功率的升高,热透镜焦距变小,慢轴光束发散角变大。通过ANSYS对半导体激光器进行瞬态热特性分析,分析了电流脉冲宽度、脉冲周期、以及占空比对半导体激光器有源区温度提升的影响。通过ANSYS有限元分析计算了Cu/AlN/Cu和Cu/SiC/Cu多层结构热沉的等效热膨胀系数和等效热传导系数,并通过改变Cu的厚度分析这些参数的变化趋势,分析了热沉对半导体激光器封装的影响。对AlN热沉封装的宽条形半导体激光器的可靠性进行了初步的测试与评价。测试表明,在25℃热沉温度、工作电流19A时估计寿命约30812小时。
李佳莼[10]（2014）在《940nm应变量子阱激光器的热特性研究及工艺改进》文中指出光纤激光器作为光通信、传感和加工等领域的重要激光光源，其工作条件需要在高功率光源的激励下形成激光工作物质的能级粒子数反转。半导体激光器作为光纤通讯系统唯一的实用化光源，其泵浦效率受到光纤工作物质中掺杂离子吸收频带匹配的限制。目前掺臆Yb3+光纤以其优越性能成为应用的主流，其最强的吸收峰在976nm附近，然而由于吸收峰非常尖锐，对于波长偏移吸收转变很大，因此对波长和带宽的要求都很严格。940nm附近的吸收峰具有较高的吸收带宽，在高掺杂浓度下不会出现浓度淬灭现象，使得940nm半导体激光器成为掺臆Yb3+光纤泵浦源的最佳选择。双量子阱激光器比单量子阱具有更高的输出功率和电光转换效率，比多量子阱激光器又具有更低阈值电流和更好的热特性；InGaAs作为量子阱材料比AIGaAs/GaAs量子阱更能承受有源区压应力，且载流子复合产热更低，更有利于提高器件的特性能。本文结合以上两点，制备了940nm波长InGaAs双量子阱半导体激光器，镀膜前获得脉冲12W的稳定输出功率，斜率效率最高达到0.72W/A，阈值电流均小于1A，水平发散角6°，垂直发散角22°，光谱宽4.8nm；镀膜后输出功率提升至14.5W，斜率效率达到0.98W/A，阈值电流均小于1A。具体研究工作如下：第一，在对大功率半导体激光器的激射原理做详细研究的基础上，对设计有InGaAs双量子阱结构的940nm半导体激光器进行了热分布模拟。第二，结合对940nm半导体激光器衬底热特性研究的基础上，通过实验探究了器件的实际温度特性。第三，在传统大功率半导体激光器的工艺基础上，针对940nm的特定工艺进行研究改进和完善，包括湿法腐蚀溶剂对腐蚀速率和深度的影响、条形腐蚀深度对器件性能的影响、衬底减薄减小键合应力以及电极生长厚金防止电极材料脱落等。第四，以最优设计和最佳工艺条件成功制备了940nm大功率半导体激光器，测试评估了器件各方面性能，达到国内领先水平第五，进一步探究了测试过程本身对器件的影响，提出了测试热弛豫时间的概念，有助于更加准确评估器件性能。
二、影响量子阱激光器热特性的主要因素（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、影响量子阱激光器热特性的主要因素（论文提纲范文）
（1）976nm激光器结构优化与验证（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 大功率半导体激光器的概述 |
| 1.2 大功率半导体激光器研究进展 |
| 1.2.1 国外研究进展 |
| 1.2.2 国内研究进展 |
| 1.3 大功率半导体激光器的应用 |
| 1.4 制约大功率半导体激光器发展的因素 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 2 976nm半导体激光器的基本理论 |
| 2.1 激光器的理论基础 |
| 2.2 激光器的基本特性 |
| 2.2.1 电光转换效率 |
| 2.2.2 内量子效率 |
| 2.2.3 增益特性 |
| 2.2.4 光限制因子 |
| 2.3 半导体激光器的温度特性 |
| 2.3.1 特征温度 |
| 2.3.2 温度对阈值电流的影响 |
| 2.3.3 温度对输出功率的影响 |
| 2.3.4 温度对工作电压的影响 |
| 2.3.5 温度对波长的影响规律 |
| 2.4 COD原理 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 976nm半导体激光器结构设计与验证 |
| 3.1 有源区结构设计 |
| 3.1.1 量子阱材料 |
| 3.1.2 InGaAs量子阱中In组分对激光器特性的影响 |
| 3.1.3 量子阱厚度对激光器特性的影响 |
| 3.1.4 量子阱区的优化 |
| 3.2 ADCH结构设计 |
| 3.2.1 波导层Al组分的影响 |
| 3.2.2 ADCH结构激光器中波导层的设计 |
| 3.3 腔长设计 |
| 3.3.1 不同腔长对激光器特性的影响 |
| 3.4 非注入窗口结构设计 |
| 3.4.1 腔面非注入窗口工作原理 |
| 3.4.2 激光器结构与模型 |
| 3.4.3 腔面热功率对前腔面温度的影响 |
| 3.4.4 非注入窗口对腔面温度的影响 |
| 3.4.5 非注入窗口的选择 |
| 3.5 整体外延结构设计与器件特性仿真 |
| 3.6 器件特性测试结果分析 |
| 3.6.1 不同腔长的测试结果 |
| 3.6.2 不同温度下的P-I测试结果 |
| 3.6.3 不同温度下的V-I测试结果 |
| 3.6.4 不同温度下的光谱测试结果 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 量子阱激光器等效电路模型 |
| 4.1 量子阱激光器等效电路模型建立 |
| 4.1.1 基于速率方程的等效电路模型 |
| 4.2 单管等效电路的特性仿真 |
| 4.2.1 QW-LD的直流特性 |
| 4.2.2 温度模型修正 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 总结 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
（2）高功率LD芯片封装热特性仿真与分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 热效应对高功率LD的影响 |
| 1.1.1 对光谱特性的影响 |
| 1.1.2 对P-I特性的影响 |
| 1.1.3 对其它特性的影响 |
| 1.2 高功率LD热特性国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.2.3 总结 |
| 1.3 高功率LD芯片封装热特性的研究意义 |
| 1.4 论文主要内容 |
| 2 高功率LD热分析理论综述 |
| 2.1 传热学理论基础 |
| 2.1.1 热传导 |
| 2.1.2 热对流 |
| 2.1.3 热辐射 |
| 2.2 热应力理论基础 |
| 2.3 高功率LD热源分布 |
| 2.4 高功率LD的热阻计算方法 |
| 2.5 有限元分析方法 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 COS封装高功率LD单管芯片热特性分析 |
| 3.1 基于封装原型的高功率LD单管模型确定 |
| 3.2 高功率LD单管热应力模拟 |
| 3.3 焊料层参数对LD单管芯片热特性的影响 |
| 3.3.1 焊料层材料选择概述 |
| 3.3.2 焊料层材料及厚度对LD单管芯片散热的影响 |
| 3.3.3 焊料层材料及厚度对LD单管芯片热应力的影响 |
| 3.3.4 焊料层空洞对LD单管芯片散热的影响 |
| 3.4 热沉参数对LD单管芯片热特性的影响 |
| 3.4.1 热沉材料选择概述 |
| 3.4.2 热沉材料及厚度对LD单管芯片散热的影响 |
| 3.4.3 热沉材料及厚度对LD单管芯片热应力的影响 |
| 3.4.4 一种复合结构的新型热沉设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 传导冷却封装高功率LD巴条芯片热特性分析 |
| 4.1 模型建立及稳态热模拟 |
| 4.2 隔离槽深对LD巴条芯片散热的影响 |
| 4.3 背部散热封装结构对LD巴条芯片散热的影响 |
| 4.4 一种双面散热式复合散热封装结构的设计 |
| 4.5 封装结构对LD巴条芯片热应力的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
（3）微热通道调控宽条形半导体激光器（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 半导体激光器的发展历程 |
| 1.3 高功率半导体激光器的应用 |
| 1.4 宽条形半导体激光器的发展方向及现状 |
| 1.4.1 宽条形半导体激光器高功率输出技术研究现状 |
| 1.4.2 宽条形半导体激光器高光束质量输出技术研究现状 |
| 1.5 本论文主要研究内容 |
| 第2章 半导体激光器的基本原理及工作特性 |
| 2.1 半导体激光器的基本原理 |
| 2.1.1 粒子数反转条件 |
| 2.1.2 光学谐振腔 |
| 2.1.3 阈值条件 |
| 2.2 半导体激光器的效率 |
| 2.3 半导体激光器的热特性 |
| 2.3.1 半导体激光器的热源 |
| 2.3.2 激光器的热阻 |
| 2.3.3 温度对激光器基本性能的影响 |
| 2.4 半导体激光器的远场特性 |
| 2.5 半导体激光器的热透镜效应 |
| 2.6 半导体激光器的光束质量的评价方法 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 微热通道结构的设计及仿真 |
| 3.1 微热通道结构的设计 |
| 3.2 有限元热分析流程 |
| 3.3 微热通道电极结构的优化 |
| 3.3.1 建立模型及假设条件 |
| 3.3.2 微热通道结构的调温机制分析 |
| 3.3.3 不同高热导率区的微热通道电极结构激光器的热分析 |
| 3.3.4 不同低热导率区的微热通道电极结构激光器的热分析 |
| 3.3.5 微热通道电极结构的优化 |
| 3.4 不同热功率(P_(thermal))条件下微热通道电极结构激光器的热分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 微热通道电极结构激光器的制作及性能测试 |
| 4.1 微热通道电极结构激光器的制作 |
| 4.1.1 电镀铜原理及条件 |
| 4.1.2 微热通道电极结构激光器的制作 |
| 4.2 微热通道电极结构激光器的性能测试 |
| 4.2.1 测试平台搭建 |
| 4.2.2 微热通道电极结构激光器的P-I-V特性测试 |
| 4.2.3 微热通道电极结构激光器的光谱特性测试 |
| 4.2.4 微热通道电极结构激光器的远场特性测试 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 结论及创新点 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（4）可调谐半导体激光器封装的热特性和热应力的分析与优化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| §1.1 研究背景和研究意义 |
| §1.1.1 研究背景 |
| §1.1.2 研究意义 |
| §1.2 国内外的研究现状 |
| §1.2.1 半导体激光器的发展历史 |
| §1.2.2 国外的研究现状 |
| §1.2.3 国内的研究现状 |
| §1.3 研究内容 |
| §1.4 研究思路及创新点 |
| §1.4.1 研究思路 |
| §1.4.2 创新点 |
| §1.5 本章小结 |
| 第二章 半导体激光器传热和热应力理论基础 |
| §2.1 半导体激光器的工作原理 |
| §2.1.1 能级跃迁 |
| §2.1.2 粒子数反转 |
| §2.1.3 光的自激震荡 |
| §2.1.4 阈值条件 |
| §2.2 传热学基本理论 |
| §2.2.1 热传导 |
| §2.2.2 热对流 |
| §2.2.3 热辐射 |
| §2.2.4 温度场 |
| §2.3 热弹性体的热力学理论 |
| §2.4 有限元分析方法 |
| §2.5 本章小结 |
| 第三章 可调谐半导体激光器的热特性分析 |
| §3.1 引言 |
| §3.2 半导体激光器的封装类型 |
| §3.3 半导体激光器的温度特性 |
| §3.3.1 温度对阈值特性的影响 |
| §3.3.2 温度对P-I特性的影响 |
| §3.3.3 温度对激射波长的影响 |
| §3.4 半导体激光器的仿真建模 |
| §3.4.1 半导体激光器的结构分析 |
| §3.4.2 半导体激光器的仿真模型 |
| §3.5 TEC对半导体激光器热稳定性影响分析 |
| §3.5.1 热稳定性分析前处理 |
| §3.5.2 热稳定性分析结果 |
| §3.5.3 TEC控温对半导体激光器的重要性 |
| §3.6 环境温度和产热功率对TEC控温稳定性的影响 |
| §3.6.1 环境温度对LD温度的影响 |
| §3.6.2 半导体激光器产热功率对LD温度的影响 |
| §3.7 本章小结 |
| 第四章 可调谐半导体激光器残余热应力分析 |
| §4.1 引言 |
| §4.2 残余热应力的稳态分析 |
| §4.2.1 残余热应力产生的原因 |
| §4.2.2 热应力分析前处理 |
| §4.2.3 残余热应力结果分析 |
| §4.3 焊层对LD应力和翘曲的影响分析 |
| §4.3.1 不同焊料对LD应力和翘曲的影响分析 |
| §4.3.2 焊料厚度对LD应力和翘曲的影响分析 |
| §4.4 纳米银焊膏烧结工艺对LD的影响分析 |
| §4.4.1 纳米银焊膏烧结原理 |
| §4.4.2 有压烧结纳米银焊膏对LD翘曲的影响 |
| §4.4.3 有压烧结纳米银焊膏对LD应力的影响 |
| §4.5 本章小结 |
| 第五章 可调谐半导体激光器散热优化分析 |
| §5.1 引言 |
| §5.2 焊层参数对可调谐半导体激光器热性能的影响 |
| §5.2.1 不同焊料对LD温度的影响 |
| §5.2.2 不同焊料厚度对LD结温的影响 |
| §5.3 热沉对半导体激光器热性能的影响 |
| §5.3.1 热沉的选择 |
| §5.3.2 热沉尺寸对LD温度的影响 |
| §5.4 可调谐半导体激光器散热结构及参数的优化设计 |
| §5.4.1 可调谐半导体激光器的散热结构参数优化 |
| §5.4.2 可调谐半导体激光器的优化措施 |
| §5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| §6.1 总结 |
| §6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者在攻读硕士期间的主要研究成果 |
（5）GaN基翻转脊形结构激光器设计与制备研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 GaN基激光器的应用 |
| 1.1.1 激光显示 |
| 1.1.2 激光照明 |
| 1.1.3 可见光通信 |
| 1.2 GaN基激光器国内外研究进展 |
| 1.3 GaN基翻转脊形结构激光器 |
| 1.4 Si衬底GaN基激光器研究意义 |
| 1.5 本文研究内容及工作安排 |
| 第2章 GaN基翻转脊形结构激光器结构设计 |
| 2.1 GaN基激光器结构简介 |
| 2.2 GaN基翻转脊形结构激光器光学结构设计 |
| 2.2.1 频域有限差分法 |
| 2.2.2 GaN基材料折射率 |
| 2.2.3 相关光学参数简介 |
| 2.2.4 波导层厚度光学特性模拟 |
| 2.2.5 限制层厚度光学特性模拟 |
| 2.2.6 GaN基翻转脊形结构激光器光场分布 |
| 2.3 GaN基翻转脊形结构激光器电学结构设计 |
| 2.3.1 电学模拟方程及相关参数设置 |
| 2.3.2 电流扩展效应简介 |
| 2.3.3 翻转脊形结构激光器电学模拟 |
| 2.3.4 抑制电流扩展效应方案 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 硅衬底GaN基翻转脊形结构激光器外延 |
| 3.1 外延生长设备及生长原理简介 |
| 3.2 Si衬底高质量GaN薄膜外延生长 |
| 3.2.1 Si衬底异质外延GaN难点 |
| 3.2.2 Si衬底高质量GaN生长方案 |
| 3.3 Si衬底翻转脊形结构激光器外延生长 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 GaN基翻转脊形结构激光器器件制备 |
| 4.1 GaN基翻转脊形结构激光器器件工艺 |
| 4.1.1 工艺设备简介 |
| 4.1.2 GaN基翻转脊形结构激光器工艺流程 |
| 4.2 氮面n-GaN室温欧姆接触研究 |
| 4.2.1 测试方法及实验设置 |
| 4.2.2 表面氧化对氮面n-GaN室温欧姆接触影响 |
| 4.2.3 RF功率对氮面n-GaN室温欧姆接触的影响 |
| 4.2.4 不同等离子体对氮面n-GaN室温欧姆接触的影响 |
| 4.2.5 氮面n-GaN室温欧姆接触热稳定性测试 |
| 4.3 GaN基翻转脊形结构激光器腔面处理研究 |
| 4.3.1 腔面干法刻蚀研究 |
| 4.3.2 翻转脊形结构激光器湿法腐蚀尝试 |
| 4.3.3 聚焦离子束(FIB)腔面处理研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 GaN基翻转脊形结构激光器测试分析 |
| 5.1 室温连续激射GaN基翻转脊形结构激光器测试 |
| 5.1.1 室温连续电注入翻转结构激光器测试表征 |
| 5.1.2 测试结果分析 |
| 5.2 GaN基翻转脊形结构激光器热学表征 |
| 5.2.1 GaN基翻转脊形结构激光器热阻测试 |
| 5.2.2 GaN基翻转脊形结构激光器热阻模拟 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 GaN基选区离子注入翻转脊形结构激光器研究 |
| 6.1 研究背景 |
| 6.2 选区离子注入工艺研究 |
| 6.2.1 离子种类选择 |
| 6.2.2 离子注入参数研究 |
| 6.3 GaN基选区离子注入翻转脊形结构激光器测试分析 |
| 6.3.1 GaN基选区离子注入翻转脊形结构激光器性能测试 |
| 6.3.2 离子注入损伤测定分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 全文总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 未来工作展望 |
| 7.2.1 提高材料生长质量 |
| 7.2.2 改进光限制层 |
| 7.2.3 改进晶圆键合工艺 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（6）915nm宽条形应变量子阱半导体激光器输出特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 高功率半导体激光器输出特性研究现状 |
| 1.3 论文的主要内容及章节安排 |
| 第2章 半导体激光器工作的热特性 |
| 2.1 半导体激光器的产热机制 |
| 2.2 温升对半导体激光器输出特性的影响 |
| 2.2.1 温升对输出光功率的影响 |
| 2.2.2 温升对阈值电流的影响 |
| 2.2.3 温升对激光光谱特性的影响 |
| 2.2.4 温升对光束远场发散角的影响 |
| 2.2.5 温升及相关因素对半导体激光器寿命和工作稳定性的影响 |
| 2.3 半导体激光器的热阻及其测量方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 915nm半导体激光器输出热透镜效应仿真与实验分析 |
| 3.1 热分析仿真相关理论及流程 |
| 3.2 仿真分析热透镜效应对激光器慢轴发散角的影响 |
| 3.2.1 热透镜效应仿真的主要过程 |
| 3.2.2 热透镜效应仿真的结果分析 |
| 3.3 半导体激光器恒温测试平台的设计与搭建 |
| 3.4 实验分析热透镜效应对激光器慢轴发散角的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 温升对915nm半导体激光器电光特性及可靠性影响的实验分析 |
| 4.1 温升对连续工作(CW)激光器电光特性的影响 |
| 4.1.1 温升对激光器光谱特性的影响 |
| 4.1.2 温升对连续工作(CW)输出功率的影响 |
| 4.1.3 连续工作(CW)条件下激光器温升对阈值电流的影响 |
| 4.2 脉冲工作条件下温升对激光器电光特性的影响 |
| 4.3 半导体激光器可靠性分析 |
| 4.3.1 半导体激光器失效及退化基本原理 |
| 4.3.2 半导体激光器失效及退化实验测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 915nm半导体激光器的光束质量评价 |
| 5.1 光束质量评价的主要方法及其基本理论 |
| 5.2 M~2因子测量原理 |
| 5.3 M~2因子测量及结果 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论及创新点 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（7）高功率长波红外量子级联激光器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 红外光源与半导体激光器 |
| 1.2 量子级联激光器 |
| 1.2.1 量子级联激光器发展史 |
| 1.2.2 量子级联激光器的基本结构 |
| 1.2.3 长波量子级联激光器的应用 |
| 1.3 论文的主要内容 |
| 第2章 长波量子级联激光器能带结构与波导结构理论 |
| 2.1 量子级联激光器相关理论设计 |
| 2.1.1 基于一维Schr?dinger方程的有源区设计 |
| 2.1.2 电子的辐射跃迁与非辐射跃迁 |
| 2.1.3 器件的光学增益与阈值特性分析 |
| 2.1.4 量子级联激光器的电光转换效率 |
| 2.2 基于Helmholtz方程的平板波导理论 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 量子级联激光器关键技术与制备工艺 |
| 3.1 量子级联激光器材料外延技术 |
| 3.1.1 分子束外延技术 |
| 3.1.2 金属有机化合物气相外延 |
| 3.2 量子级联激光器材料表征技术 |
| 3.2.1 高分辨X射线双晶衍射 |
| 3.2.2 霍尔测试 |
| 3.2.3 透射电子显微镜 |
| 3.3 量子级联激光器的器件工艺 |
| 3.4 量子级联激光器测试技术 |
| 3.4.1 功率-电流-电压测试 |
| 3.4.2 激射光谱测试 |
| 3.4.3 电致发光谱测试 |
| 3.4.4 远场测试 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 量子级联激光器的热特性研究 |
| 4.1 量子激光器的生热来源 |
| 4.2 量子级联激光器的热传导 |
| 4.3 量子级联激光器的热模拟 |
| 4.3.1 量子级联激光器热模型的建立 |
| 4.3.2 单脊器件的散热优化 |
| 4.4 掺Fe半绝缘InP的选区外延生长 |
| 4.4.1 本征InP材料生长 |
| 4.4.2 掺Fe半绝缘InP的选区外延生长 |
| 4.5 优化结构对器件性能的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 高功率长波红外量子级联激光器的研制 |
| 5.1 基于束缚到连续结构设计的8μm大功率量子级联激光器 |
| 5.2 基于斜跃迁非共振抽取结构设计的14μm大功率量子级联激光器 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 外腔长波量子级联激光器的研究 |
| 6.1 外腔量子级联激光器的理论分析 |
| 6.1.1 Littrow型光栅外腔量子级联激光器的光学结构 |
| 6.1.2 外腔量子级联激光器的模式选择 |
| 6.2 长波外腔量子级联激光器 |
| 6.2.1 双层减反膜制备 |
| 6.2.2 外腔量子级联激光器光学系统的搭建 |
| 6.2.3 电动控制外腔量子级联激光器 |
| 6.3 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论及创新点 |
| 7.1.1 结论 |
| 7.1.2 创新点 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（8）高功率半导体激光器热设计及其对光谱特性影响的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 高功率半导体激光器简介 |
| 1.1.1 基本工作原理 |
| 1.1.2 芯片结构 |
| 1.1.3 常见封装形式 |
| 1.1.4 808nm激光器的发展现状 |
| 1.2 温度对半导体激光器的影响 |
| 1.2.1 热源产生机理 |
| 1.2.2 温度对效率、功率的影响 |
| 1.2.3 温度对波长的影响 |
| 1.2.4 温度对寿命的影响 |
| 1.3 高功率半导体激光器的光谱特性 |
| 1.3.1 泵浦应用对光谱的要求 |
| 1.3.2 光谱展宽机理 |
| 1.4 国内外研究现状 |
| 1.4.1 HPLD热设计研究现状 |
| 1.4.2 HPLD光谱展宽研究现状 |
| 1.5 本论文的研究目的与意义 |
| 1.6 论文的主要研究内容 |
| 第二章 半导体激光器的稳态热物理模型 |
| 2.1 半导体激光器现有稳态热模型综述 |
| 2.2 半导体激光器的三维稳态热模型 |
| 2.2.1 单管的三维稳态热模型 |
| 2.2.2 巴条的三维稳态热模型 |
| 2.3 模型适用性讨论 |
| 2.3.1 侧边绝热边界条件的影响 |
| 2.3.2 顶面散热方式的影响 |
| 2.3.3 芯片和次热沉横向与纵向尺寸的影响 |
| 2.3.4 热源分布的影响 |
| 2.4 实验验证 |
| 2.4.1 实验原理与测试装置 |
| 2.4.2 实验结果与讨论 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 传导冷却高功率半导体激光器的稳态热特性及热设计研究 |
| 3.1 传导冷却HPLD的稳态热特性 |
| 3.1.1 单管的稳态热特性 |
| 3.1.2 巴条的稳态热特性 |
| 3.2 传导冷却HPLD的封装热设计 |
| 3.2.1 传导冷却热沉设计 |
| 3.2.2 次热沉设计 |
| 3.2.3 商用LD热设计讨论及实验验证 |
| 3.3 封装热设计对有源区温度分布的影响 |
| 3.3.1 热沉设计的影响 |
| 3.3.2 次热沉设计的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 高功率半导体激光器微通道制冷器的传热特性及优化设计 |
| 4.1 HPLD微通道液体制冷器的发展现状 |
| 4.2 MCH的数值传热模型 |
| 4.2.1 物理模型及假设 |
| 4.2.2 数值模型及验证 |
| 4.3 MCH的传热与流动特性 |
| 4.3.1 传热与流动特性 |
| 4.3.2 传热、压降与流速的关系 |
| 4.3.3 实验验证与讨论 |
| 4.4 等效热阻模型 |
| 4.4.1 经典肋片数值模型 |
| 4.4.2 解析热阻网络模型 |
| 4.5 MCH的优化设计 |
| 4.5.1 热阻与压降优化 |
| 4.5.2 温度均匀性优化 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 高功率半导体激光器稳态光谱的展宽研究 |
| 5.1 光谱展宽机理及多高斯光谱模型 |
| 5.2 单管的光谱展宽 |
| 5.2.1 注入电流密度对光谱的展宽 |
| 5.2.2 芯片结构对光谱的展宽 |
| 5.2.3 封装热设计对光谱的展宽 |
| 5.2.4 实验结果与讨论 |
| 5.3 巴条的光谱展宽 |
| 5.3.1 外延工艺一致性对光谱的展宽 |
| 5.3.2 封装回流工艺对光谱的展宽 |
| 5.3.3 注入电流密度对光谱的展宽 |
| 5.3.4 封装热设计对光谱的展宽 |
| 5.3.5 实验验证与讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文主要研究成果 |
| 6.2 对未来工作的展望 |
| 参考文献 |
| 附录 符号及缩写词 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（9）高功率半导体激光器的热特性分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 半导体激光器的发展及应用 |
| 1.2.1 半导体激光器的发展历程 |
| 1.2.2 半导体激光器的应用 |
| 1.3 国内外研究进展 |
| 1.3.1 高功率半导体激光器的热沉技术 |
| 1.3.2 热特性分析及热透镜效应 |
| 1.4 论文研究内容 |
| 第2章 高功率半导体激光器热特性的理论分析 |
| 2.1 温度对半导体激光器性能的影响 |
| 2.1.1 阈值电流 |
| 2.1.2 光功率-工作电流的斜率效率 |
| 2.1.3 激光输出功率 |
| 2.1.4 激光波长 |
| 2.1.5 半导体激光器的寿命 |
| 2.2 半导体激光器的主要热源 |
| 2.3 传热学的基本原理 |
| 2.4 ANSYS有限元分析简介 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 高功率半导体激光器的热分析及热透镜效应 |
| 3.1 高功率半导体激光器的稳态热分析 |
| 3.2 半导体激光器的热透镜效应 |
| 3.2.1 慢轴光束发散角的影响因素 |
| 3.2.2 梯度折射率和热透镜效应 |
| 3.2.3 实验结果及分析 |
| 3.2.4 结果讨论 |
| 3.3 高功率半导体激光器的瞬态热分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 高功率半导体激光器的封装热应力分析 |
| 4.1 封装工艺简介 |
| 4.2 焊装热应力的产生原理 |
| 4.3 高功率半导体激光器的封装热应力分析及多层结构热沉 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 高功率半导体激光器的可靠性初步分析 |
| 5.1 可靠性测试的基本原理 |
| 5.2 实验及结果分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 总结 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间的学术成果 |
| 致谢 |
（10）940nm应变量子阱激光器的热特性研究及工艺改进（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 目录 |
| 第1章 前言 |
| 1.1 940nm 半导体激光器的研究意义及研究现状 |
| 1.2 半导体激光器热特性的研究意义及研究现状 |
| 1.3 940nm 激光器研究的要点 |
| 1.4 本论文的主要研究内容 |
| 第2章 940nm 半导体激光器的工作原理 |
| 2.1 940nm 半导体激光器的工作原理 |
| 2.1.1 粒子数反转分布 |
| 2.1.2 谐振腔 |
| 2.1.3 光增益大于损耗 |
| 2.2 大功率半导体激光器的评估参数 |
| 2.2.1 阈值电流密度 |
| 2.2.2 工作效率 |
| 2.2.3 光束质量 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 940nm 半导体激光器的热特性研究 |
| 3.1 热传导模型及求解 |
| 3.1.1 热源模型 |
| 3.1.2 一维热传导模型 |
| 3.1.3 初始条件和边界条件 |
| 3.1.4 模型求解 |
| 3.2 热分布模拟及分析 |
| 3.3 940nm 半导体激光器的温度特性 |
| 3.3.1 温度对阈值电流的影响 |
| 3.3.2 温度对输出功率的影响 |
| 3.3.3 腔长对温度特性的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 工艺改进 |
| 4.1 940nm 半导体激光器的外延工艺介绍 |
| 4.2 940nm 半导体激光器的后工艺介绍 |
| 4.2.1 清洗 |
| 4.2.2 光刻 |
| 4.2.3 湿法腐蚀 |
| 4.2.4 PECVD |
| 4.2.5 溅射 |
| 4.3 工艺改进 |
| 4.3.1 湿法腐蚀 GaAs 工艺改进 |
| 4.3.2 GaAs 腐蚀深度 |
| 4.3.3 其他工艺细节的完善与研究 |
| 4.4 器件最终测试结果 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 激光器在测试过程中热特性变化的进一步研究 |
| 5.1 弛豫时间概念的提出 |
| 5.2 实验验证 |
| 5.2.1 实验设计及装置 |
| 5.2.2 测试结果及分析 |
| 5.3 弛豫时间内激光器热特性的探究 |
| 5.3.1 驰豫时间内峰值波长的变化 |
| 5.3.2 驰豫时间内器件温度的变化 |
| 5.4 本章小结 |
| 总结 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
四、影响量子阱激光器热特性的主要因素（论文参考文献）
- [1]976nm激光器结构优化与验证[D]. 赵荣进. 西安理工大学, 2021
- [2]高功率LD芯片封装热特性仿真与分析[D]. 马泽坤. 西安理工大学, 2021
- [3]微热通道调控宽条形半导体激光器[D]. 蔡元红. 长春理工大学, 2021(02)
- [4]可调谐半导体激光器封装的热特性和热应力的分析与优化[D]. 叶卫斌. 桂林电子科技大学, 2021(02)
- [5]GaN基翻转脊形结构激光器设计与制备研究[D]. 周瑞. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [6]915nm宽条形应变量子阱半导体激光器输出特性研究[D]. 么娜. 长春理工大学, 2020(01)
- [7]高功率长波红外量子级联激光器研究[D]. 牛守柱. 长春理工大学, 2020(01)
- [8]高功率半导体激光器热设计及其对光谱特性影响的研究[D]. 吴的海. 中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所), 2019(05)
- [9]高功率半导体激光器的热特性分析[D]. 宋健. 长春理工大学, 2019(01)
- [10]940nm应变量子阱激光器的热特性研究及工艺改进[D]. 李佳莼. 北京工业大学, 2014(03)