封装对大功率半导体激光器阵列热应力及Smile的影响

提出一种采用双铜-金刚石的"三明治"封装结构,利用有限元分析方法研究了其与传统的Cu+Cu W硬焊料封装结构激光器的热应力与Smile.对比模拟结果发现新封装结构热应力降低43.8%,Smile值增加95%.在次热沉热膨胀系数与芯片材料匹配的情况下,使用弹性模量更大的次热沉材料,可对芯片层热应力起到更好的缓冲作用.以硬焊料封装结构为例,分析了负极和次热沉厚度对器件Smile的影响.结果表明负极片厚度从50μm增加到300μm,器件工作结温降低2.26℃,Smile减小0.027μm,芯片的热应力增加22.95 MPa.当次热沉与热沉的厚度比小于29%时,Smile随次热沉厚度增加而增加;而当次热沉厚度超过临界点后,Smile随次热沉厚度增加而减小.当次热沉厚度达到临界点(2300μm)时,硬焊料封装的半导体激光器具有最大的Smile值3.876μm.制备了Cu W厚度分别为300μm和400μm的硬焊料封装976 nm激光器,并测量了其发光光谱.通过对比峰值波长漂移量,发现Cu W厚度增加了100μm,波长红移增加了1.25 nm,根据温度和应力对波长的影响率可知应力减小了18.05 MPa.测得两组器件的平均Smile值分别为0.904μm和1.292μm.实验证明增加Cu W厚度可减小芯片所受应力,增大Smile值.     

基于像散与理想光源成像原理的高亮度半导体激光器光纤耦合设计方法

运用像散原理和理想光源成像原理,讨论了半导体激光器消像散设计.提出了一种基于消像散的高亮度半导体激光器光纤耦合系统的设计方法.以波长为808 nm,输出功率为10 W的半导体激光器的光纤耦合为例,给出了详细的计算方法和设计步骤.结果表明:采用该方法将半导体激光器光束耦合入数值孔径为0.22,芯径为50 μm的光纤中,耦...     

应用于微型PCR芯片的微加热器特性研究

设计制作了一种应用于微型聚合酶链式反应(PCR)芯片的微加热器。然后按照PCR循环温度的要求,利用该加热器进行了PCR温度实验。微加热器采用与MEMS工艺兼容的溅射方法在Si基上制作,微加热器材料为金属Pt。通过控制施加电压大小及时间,进行了变性温度、退火温度和延伸温度实验。结果表明:在25 V和32 V电压控制下的温升速度分别为0.68℃/s和1.23℃/s。在断电自然冷却下的降温速度均达到1℃/s。在一个PCR循环周期中每个反应仓的平均功耗为50 mW,最大功耗80 mW,整个10 mm×10 mm芯片的最大功耗为0.96 W。完成第一次PCR温度循环需要220 s,之后的每次循环仅需要175 s。     

表面增强拉曼光谱研究吸附电位对CO在Pt电极上氧化行为的影响

预吸附电势对CO在Pt上的氧化行为有重要影响. 在电势低于0.3 V（vs. RHE）下,预吸附的CO单层在Pt电极上0.4 V就开始氧化,并会在0.6 V左右出现1个较小的氧化峰,即所谓的“氧化前峰”,而在双电层电位区间饱和吸附的CO只有当电势正于0.6 V才氧化     

一种提高轨道精度的改进姿态控制技术

针对我国长征系列火箭普遍存在的残骸落点普遍较理论落点靠前的现象,开展多次飞行数据的比较,结果发现一级上升段内火箭的飞行速度、位置与设计预示值之间的偏差存在极性稳定、幅值增加增大的特点,尤其是Y向速度偏差甚至超过5%,远大于预期值;本文针对该现象开展机理分析,最终确认现在长征系列火箭普遍采用的“姿态角偏差+角速度”控制方案对程序角持续变化的工况存在幅值及极性较为稳定的静差,该角偏差持续作用下,将导致X向和Y向速度及位置偏差;针对该机理,探索、比较潜在的解决措施,最终确定采用实现简便、控制效果好的“姿态角偏差+角速度偏差”双偏差姿态控制方案;仿真结果表明,双偏差姿态控制方案能显著提高助残骸落点精度及段轨道精度、降低气动载荷,有利于火箭飞行品质的提升。     

半导体激光器光束匀化系统的光学设计

为了提高半导体激光器光束的均匀性,设计了非球面与微柱透镜阵列相结合的匀光系统。快轴方向利用光线追迹设计非球面匀化透镜;慢轴方向采用微柱透镜阵列对光束进行分割叠加。半导体激光器输出光束通过该匀光系统,在目标面上可以得到能量匀化的方形光斑。利用Zemax光学软件对半导体激光器单管和阵列进行匀化仿真,验证了该匀化系统应用于半导体激光器整形的可行性,得到了目标面动态范围变化对均匀度的影响程度,研究了微柱透镜阵列间距变化及快轴匀化透镜旋转对光斑均匀度的影响。单管和阵列在输出面上的光斑均匀度均大于90%,能量传输效率分别为95.4%和96.2%。该设计结果对半导体激光器光束匀化具有一定的参考价值。     

大功率半导体激光器阵列热串扰行为

以硬焊料传导制冷,30%填充因子半导体激光器阵列为例,建立了三维有限元模型,对阵列内部各发光单元之间的热串扰行为进行了分析研究。结果表明,当其连续波工作时间大于1.2 ms后,阵列内发光单元之间出现热串扰现象;当次热沉由CuW合金改为铜金刚石复合材料时,阵列内发光单元自热阻和相邻发光单元的串扰热阻降低,有效地降低了各发光单元之间的热串扰行为。保持阵列宽度、发光单元数目及发光单元周期不变,发现随阵列填充因子的增加,器件热阻以指数衰减趋势逐渐降低,而发光单元间的热串扰特性对此变化并不敏感;保持阵列单个发光单元输出功率,发光单元尺寸及阵列宽度不变,增加发光单元个数后,阵列内各发光单元之间热串扰加剧,填充因子越高阵列升温速率越快;但在最初约70 s内,包含不同数目发光单元的阵列最高温度差异仅约0.5 ℃,有利于多发光单元高填充因子器件高功率输出。     

一种微型Pt温度传感器及其读出电路的研究

基于电阻温度系数(TCR)原理及微机电系统技术,设计并制作了一种用于微型聚合酶链式反应(PCR)芯片的Pt温度传感器及其读出电路。利用溅射和剥离技术将厚度为100 nm的弯曲条形Pt传感器制作在硅衬底上。其长度和宽度分别为2 030μm和10μm。设计了基于四线法温度测量的读出电路,该电路主要包括一个恒流源电路和一个电压放大电路。测试结果表明,该传感器的电阻温度系数为1.48×10-3℃-1,其电阻变化随着温度的变化具有良好的线性度,当温度在27～100℃变化时,电阻范围在653.5～716.5Ω变化。在接出一个8位的模数转换器以后,整个传感器和读出电路能确保一个精度为0.2℃的温度控制,满足一般PCR测量需要。     

小旋风M-900MK Ⅱ音箱

通常二分频的设计,声音的低频和中频部分由同一低音单元重放,大振幅的低频重放必然对小振幅的中频重放带来不必要的互调失真和分割失真,从而使中频的重放带来不够通透、开扬,声音缺乏层次感。而使用独立的中频单元,才可有利于中频的重放质量,故此合理的三分频设计是较佳的设计方案。 M-900MK Ⅱ就是针对重放高质素的中频而设计。设计时考虑到8英寸低频单元的直径达231mm,箱体的前障板将会较宽,造成箱体的整个造型将很肥宽,过大的占地面积对于狭小的家居环境摆位相当不便。加上声音的频率与波长成反比,低频信号的波长较长,方向性较不明显,故此可以将重放     

高功率半导体激光器低温特性分析

研制了一套微通道封装结构半导体激光器的低温测试表征系统,实现了对高功率半导体激光器在-60℃～0℃低温范围内的输出功率、电光转换效率和光谱等关键参数稳定可靠的测试表征.采用计算流体力学及数值传热学方法,模拟了无水乙醇、三氯乙烯以及五氟丙烷三种载冷剂的散热性能.模拟结果表明,压降均为0.47bar时,采用无水乙醇作载冷剂的器件具有最低的热阻(热阻为0.73K/W)和最好的温度均匀性(中心和边缘发光单元温差为1.45℃).低温测试表征系统采用无水乙醇作为载冷剂,最大可实现0.5L/min的载冷液体流量,最多能容纳5个半导体激光器巴条同时工作.基于该低温测试表征系统,对微通道封装结构976nm半导体激光器巴条在6%占空比下的低温特性进行了研究.测试结果表明,载冷剂温度由0℃下降到-60℃,半导体激光器的输出功率由388.37 W提升到458.37 W,功率提升比为18.02%;电光转换效率由60.99%提升到67.25%,效率提升幅度为6.26%;中心波长由969.68nm蓝移到954.05nm.器件开启电压增加0.04V,阈值电流降低3.93A,串联电阻增加0.18mΩ,外微分量子效率提高11.84%.分析表明,阈值电流的减小及外微分量子效率的提高,是促使半导体激光器在低温下功率、效率提升的主要因素.研究表明,采用液体微通道冷却的低温工作方式,是实现半导体激光器高输出功率、高电光转换效率的一种有效手段.