半导体激光器组件的传热特性与热电控制技术研究

半导体激光器组件的传热特性与热电控制技术研究作为一种新型的光源，半导体激光器(LD，Laser Diode)因具有转换效率高、体积小、重量轻、可靠性高、能直接调制及与其它半导体器件集成的能力强等特点，已经越来越广泛地应用于通信、精密测量、材料加工、医疗和军事等领域，其工作稳定性和可靠性在应用系统中起着关键作用。

伴随着LD的广泛应用，其热问题一直是人们关注的焦点之一。

特别是近年来，LD多以组件的形式生产和
封装，封装的趋势更是朝向轻薄短小，这造成器件的发热密度不断提升，从而对半导体激光器组件的传热特性与热控制技术研究提出了新的要求。

为此，本文对半导体激光器组件的传热特性进行了理论分析，并针对目前半导体激光器组件热电控制技术在应用研究中存在的问题，进行了深入系统地研究。

论文主要研究工作如下： 1．作为研究半导体激光器组件传热特性与热控制的基础，对热电制冷器工作特性的研究有着重要意义。

针对现有建模方法存在的问题，提出一种N级耦合热电制冷器的等效电路模型，该模型综合考虑了结构尺寸、非控制端温度、控制端热流量、附加热阻、附加电阻、工作电流以及驱动源等因素对器件特性的影响。

仿真与实验结果表明，该模型能更好地分析和表征器件的工作特性。

同时利用该模型对制冷与热泵模式下单级热电制冷器的工作特性分别进行了稳态和非
稳态分析，得出了控制端的负载、非控制端温度、工作电流等参数对控制端温度变化影响的基本规律，这为热电制冷技术的深入研究提供了理论指导。

2．针对目前运用实验或温度场理论计算方法进行半导体激光器组件传热特性研究均
较为复杂、不便的问题，通过合理的机理分析与简化建立起半导体激光器组件传热的数学模型，并推导出计算半导体激光器组件有源区温度的解析式。

实验结果表明，该方法是一种有效的实用建模方法，其计算过程较温度场数值计算简单、方便，从而为半导体激光器组件热控系统的仿真、控制技术研究提供了便于应用的模型。

同时利用该模型对影响半导体激光器组件有源区温度稳定性的因素进行了分析，得到了热电制冷器工作电流、外部环境温度、LD芯片的工作电流及非控制端换热系数影响有源区温度稳定性的基本规律，这对于半导体激光器组件的热电控制系统设计具有指导意义。

3．针对环境温度变化对半导体激光器组件高稳定性恒温控制的影响问。