大功率半导体激光器阵列热特性分析

稳定温度高，而热弛豫过程又不完全，必然造成有源区的热积累，使最终的平衡温度高。如图6所示，占空比为0.2%和2%时，没有热积累；而当占空比为20%时，已有热积累产生，当占空比增大到40%时，热积累也随之增多。所以高占空比和连续工作状态时更需要很好的散热装置。

　　4 测量结果

　　为检验模拟结果，我们采用纵模光谱法测量 800 nm 100/130版一维线阵列的热阻。纵模光谱法依据的基本原理是半导体激光器的纵模波长会随温度移动，产生发光波长随温度红移的现象。利用这一方法，我们在短脉冲下改变壳温，并测量相应的波长移动，从而获得波长移动与温度之间的校准曲线，推测出波长随温度的变化率。对于我们所测量的800 nm激光器阵列，该变化率测得为0.3 nm/K。在此基础上，增加工作电流的占空比，并测出不同占空比下的波长，即可由波长-热功率曲线得出λ/p，进而由λ/p = 0.3nm /K计算得到相应的热阻。图7为通过实验测得的波长随热功率变化的曲线，通过线性拟和得到λ/p =0.377，所以通过实验测得的热阻为1.25 K/W。而我们通过模拟得到的100/130版的热阻为0.81K/W，比实验值偏小，分析其原因主要有以下两方面：⑴我们在模拟过程中假设焊料层光滑平整且上下表面完全接触，但在实际器件中，焊料层中会出现缺陷且实际接触面积并不是100%，这些都会导致热阻增大。⑵在模拟过程中我们取载体铜的热导率为4 W/cm·K，而实际载体的热导率偏小，这也会导致热阻偏大。

　　5 结论

　　对半导体激光器的热特性进行模拟分析可以帮助我们对其设计和工艺进行改进。本文利用ANSYS软件对大功率激光器阵列的稳态及瞬态温度分布进行了模拟，并通过测量热阻的试验对模型进行了检验。试验结果略高于模拟值，通过分析原因，我们认为这个结果是完全合理的。