מחקר על שיטות פיזור חום של לייזר מוליכים למחצה בהספק גבוה

לייזרים מוליכים למחצה נחקרו לראשונה מחו"ל. הטכנולוגיה הקדומה ביותר הגיעה מארצות הברית ומיפן, והיא שימשה בעיקר בצבא. עם ההתפתחות האיטרטיבית של הטכנולוגיה, היא החלה להיות מיושמת בשוק האזרחי ומיושמת בתעשיות כמו אופטואלקטרוניקה ותקשורת. עם התפתחות התעשייה הביטחונית הלאומית של ארצי&ותעשיית הייצור האופטו-אלקטרוניים, התעשייה החלה להגביר את הביקוש ללייזרים בעלי הספק גבוה, ואנשים גם החלו לערוך מחקר על מכשירי לייזר מוליכים למחצה בעלי הספק גבוה . במהלך המחקר, התגלה כי איכות האור של לייזרים מוליכים למחצה מסורתיים כבר לא יכולה לענות על הצרכים של אנשים. על מנת להגדיל את עוצמת המוצא של לייזרים מוליכים למחצה, אנשים החלו לשפר ולנתח ללא הרף. במהלך המחקר, נמצא כי מחצית מהאנרגיה החשמלית של הלייזר המוליך למחצה מומרת לאנרגיית חום כאשר הוא בשימוש. אם הלייזר המוליך למחצה עצמו אינו מפזר חום טוב, זה ישפיע ישירות על אורך החיים והשימוש של הלייזר המוליך למחצה. לכן, בעיית פיזור החום נחוצה בדחיפות על ידי חוקרים כעת. אחת הבעיות.

סיווג שיטות פיזור חום בלייזר

כיום, שיטות פיזור החום העיקריות של לייזרים מחולקות לשיטות פיזור חום מסורתיות ושיטות פיזור חום חדשות. שיטות פיזור חום מסורתיות כוללות: קירור אוויר, קירור מוליכים למחצה, פיזור חום טבעי בהסעה וכו', ושיטות פיזור חום חדשות כוללות: פיזור חום שבב היפוך ופיזור חום מיקרו-ערוצי.

מנגנון פיזור החום של אריזות לייזר מוליכים למחצה מורכב בעיקר משבב לייזר, שכבת ריתוך, גוף קירור, שכבת מתכת וכן הלאה. שכבת הריתוך במבנה פיזור החום של הלייזר המוליך למחצה משמשת בעיקר לחיבור השבב וגוף הקירור באמצעות ריתוך. על מנת להשיג את המטרה של הפחתת ההתנגדות התרמית כאשר נעשה שימוש בלייזרים מוליכים למחצה בעלי הספק גבוה, משתמשים לעיתים קרובות במהלך ההלחמה בחלק מהחומרים בעלי מוליכות תרמית גבוהה יחסית, כגון הלחמת פח זהב. במהלך כל תהליך האריזה, יהיו רמות רבות, רמות אלו כוללות בעיקר: שבב, שכבת הלחמה, גוף קירור, שכבת מתכת, שימוש באפקט העברת החום של גוף הקירור ושכבת המתכת להובלת האנרגיה התרמית של שבב הלייזר, ולבסוף להפוך את הלייזר המוליך למחצה ליצור פיזור חום טוב כדי להאריך את חיי השירות של הלייזר.

ביצועי פיזור החום של לייזרים מוליכים למחצה בעלי הספק גבוה מוערכים בעיקר על ידי התנגדות תרמית ושטף חום. בהערכה, יש לשים לב לשטף החום בטמפרטורה המוגבלת. אם הפרש הטמפרטורה בין השניים נמצא גדול יחסית במהלך ניתוח פיזור החום, יופיע עיבוי על פני שבב הלייזר. לאחר שמתרחשת בעיה זו, בנוסף להשפעה על הספק המוצא האופטי, היא תשפיע גם על נעילת אורך הגל, ואפילו בשל הצומת. בעיות חשיפה פוגעות בביצועים הפוטואלקטריים של המעגל ומשפיעות בסופו של דבר על האמינות. כיום, שיטה נפוצה להפחתת התנגדות תרמית היא שימוש בחומרי מוליכות תרמית. הופעת חומרי מוליכות תרמית מספקת יותר מרחב אופטימיזציה ללייזרים להורדת הטמפרטורה.

שיטת קירור ופיזור חום של גוף קירור בהסעה טבעית קירור ופיזור חום של גוף קירור בהסעה טבעית היא שימוש בחומרים בעלי מוליכות תרמית גבוהה כדי להסיר את החום שנוצר, ולאחר מכן לפזר את החום באמצעות הסעה טבעית. במהלך המחקר, המחקר המדעי והטכני הצוות גם גילה שהסנפירים יכולים לעזור גם בפיזור חום, ויכולים למקסם את קצב העברת החום במערכת פיזור החום בעת פיזור חום. כאשר הטמפרטורה זהה, גובה הסנפיר יקטן ככל שגובה הסנפיר יגדל. כאשר משתמשים במצע כדי למקם את גוף הקירור אנכית, יש להגדיל את הגובה כראוי, ואפקט פיזור החום משתפר על ידי הגדלת הגובה. שיטת פיזור חום כזו תפחית עלויות רבות בעת שימוש. בעבודה בפועל, ניטריד נחושת או אלומיניום משמש לעתים קרובות כגוף קירור, אך שיטת גוף הקירור אינה יכולה לענות באופן מלא על צורכי פיזור החום של לייזרים מוליכים למחצה בעלי הספק גבוה.

שיטת קירור מים בערוץ גדול

אם רוצים להוריד את הטמפרטורה של גוף הקירור, צריך לבנות תעלה בגוף הקירור. אם אתה רוצה להשיג את אפקט הקירור, אתה צריך להוסיף מקור מים מסוים לערוץ זה, כדי לא לעכב את עבודת הלייזר. בתגובה לכך, חוקרים מצאו במהלך מחקרם כי השפעת פיזור החום של מבנה הספוילר טובה יותר מזו של מבנה החלל המסורתי, אך גם עליית הלחץ בתעלה תתרחש. מחקר מצא שלמרות שערוצים גדולים נמצאים בשימוש נרחב, בגלל הגידול המתמשך בהספק הלייזר, ערוצים גדולים של קירור מים אינם יכולים עוד לעמוד בדרישות פיזור החום של לייזרים מוליכים למחצה בעלי הספק גבוה.

שיטת קירור בהתזה

קירור בהתזה הוא לרסס את נוזל הקירור למשטח העברת החום באמצעות אטומיזציה בעזרת לחץ להשגת מטרת הקירור. המאפיינים העיקריים של קירור בהתזה הם מקדם העברת חום גדול וזרימת נוזל קירור נמוכה. חוקרים מצאו שכאשר משתמשים במים כמדיום ומשתמשים בחרירי חרוט מוצקים לניסויים, המשטח המיקרו-מובנה יכול להגביר את אפקט חילופי החום. במהלך המחקר, נמצא כי ביצועי הקירור של קירור התרסיס קשורים לקצב זרימת הריסוס. בנוסף, החוקרים גילו גם מקרר לשינוי שלב בהתזה. במהלך הניסוי, גם גובה הזרבובית במכשיר קירור התרסיס והשפעת פיזור החום קשורים קשר הדוק.

הערות לסיום

בסך הכל, שני הגורמים הקריטיים ביותר לשיפור אפקט פיזור החום הם הפחתת ההתנגדות התרמית של מערכת פיזור החום והגברת שטף החום. בעת הפחתת התנגדות תרמית, ניתן להשתמש בחומרים בעלי מוליכות תרמית גבוהה כדי להפחית אותה; כאשר מגבירים את שטף החום, ניתן לעזור לו על ידי הגדלת מקדם העברת החום של מסוף פיזור החום. ככל שמחווני הביצועים של לייזרים בעלי הספק גבוה נעשים גבוהים יותר ויותר, שיטות רבות אינן יכולות עוד לעמוד בדרישות היישום. חוקרים נוספים צריכים לעשות מאמצים מתמשכים כדי ללמוד, כדי למצוא שיטות פיזור חום מתאימות יותר עבור לייזרים מוליכים למחצה בעלי הספק גבוה.