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.     

有效应力作用下岩石渗透性和电性响应特征

针对砂岩储层有效应力变化对渗透率和地层因素的影响,通过分析不同形状孔喉在有效应力作用下的形变规律,推导出有效应力变化对配位数z、孔喉分布变异系数V_r、水力半径r_H、孔喉长度l和孔喉截面纵横比ε等5个结构参数的影响;结合BLM模型分析,推导出地层因素、渗透率与有效应力间存在乘幂、线性和对数线性等3种响应关系。选取不同地区、不同物性砂岩的地层因素和渗透率的有效应力响应实验数据进行了验证。结果表明,对于高孔高渗砂岩,有效应力作用下地层因素和渗透率变化主要是由于水力半径r_H变化引起的,表现为有效应力作用下的孔喉形变;对于低孔低渗砂岩样品,有效应力作用下地层因素和渗透率发生变化主要是由于配位数z和水力半径rH变化所导致,即孔喉形状和连通性均发生变化。