1。4项目研究的目的和意义

近年来，半导体激光器的各个方面得到了改进和完善。与以往的半导体激光器相比，激光的发展已经取得了长足的进步，在国内的许多科学领域得到应用，半导体激光器已经形成了大范围的应用网络。目前，随着半导体激光器的开发和设计，已经有了相对较高的光电转化率，良好的稳定性，使用寿命长，体积小等优势，在材料加工、医学应用、激光探测与测量领域、国防军事方面得到了极为广泛的应用，并且进一步推广了半导体激光器的使用，促进了产业的发展。大功率半导体激光加工技术是支撑国内钣金加工行业，汽车制造业、航空航天工业、机械制造业等领域发展的关键技术。半导体激光器的输出特性及其有源区的工作温度(结温)密切相关,结温上升,会导致激光器的效率下降,阈值电流增加,波长红移,增加内部缺陷和一系列的问题,对激光寿命的影响极大。因此，半导体激光二极管的散热问题一直是人们研究的重点。论文网

半导体激光器的温度影响着输出光功率、微分量子效率、激光器光谱等性能参数，激光器工作中产生的废热会降低输出功率，甚至破坏激光器。提高半导体激光器的散热能力可以有效的获得高输出功率，提高光电转换效率，增加可靠性，对军事、工业、医疗等领域有着重要意义。

1。5本文主要研究内容

（1）查阅相关文献，总结半导体激光器的结构特点，了解半导体激光器的发展及其不足，分析其废热产生的原因及影响因素。

（2）建立光泵垂直扩展腔面发射半导体激光器的散热数学模型，利用热阻网络模型，分析各部位的散热薄弱环节。

（3）利用Pro/E建立二极管激光器结构模型，并利用Flo EFD进行热学模拟，对设计模型进行优化设计，得到散热效果好的LD结构模型。

（4）概括总结常用的二极管激光器热管理的主要方法及有待完善的技术，对LD散热结构给出合理的建议。

2半导体激光特性分析

2。1半导体激光器的原理

2。1。1工作原理

半导体激光器的工作原理是将激励电流注入半导体材料,电子从导带向价带跃迁产生的光子,法布里-珀罗腔由垂直于结的一对平行半导体晶体解理面形成，并将两个晶体解理面作为反射镜，发光后的腔内产生受激辐射振荡，反馈最终输出。半导体激光器的基本结构由P区、N区和两层中间的有源层组成。当正向电压应用于半导体材料的p-n结，重掺杂P型半导体接正极，重掺杂 N型半导体连接到负极,自由电子正向电压作用下通过p-n结由N区不断注入到P区中。当注入的电荷数增加到一定程度时，p-n结内导带中的自由电子远大于价带中的空穴数，粒子的数目被反转，变成了激活介质，激活介质在一定频率的激发光作用下，发生受激辐射，从而产生激光。

图2。1半导体激光器工作原理

2。1。2基本结构

激光器的基本结构由激光工作物质、泵浦源和光学谐振腔组成。激光产生的内因是激光工作物质，激光工作物质是一种具有三能级或四能级结构体系的物质，可以提供粒子数反转分布所需的亚稳态能级；激光产生的外因是泵浦源，泵浦源是激光形成的能量激励，可以把低能级的粒子抽运到高能级；光学谐振腔可以是激光达到定向、选频、放大的功能，为激光提供反馈放大机制，这种机制为合适频率、方向的受激辐射光实现正反馈放大。激光优良的单色性、方向性、相干性和亮度取决于激光器特殊的结构。

图2。2 激光器基本结构

2。2半导体激光器的光束特性