论文部分内容阅读
半导体激光器(LD)作为新型的光源,以其体积小、质量轻、光电转换效率高、可直接调制、成本低等优点,被广泛应用在激光打印、精密测量、自动控制、光通信、医疗仪器、军事等方面。但半导体激光器是温度敏感元件,随着电子元器件的高度集成化,芯片的发热密度不断增加,热问题成为影响半导体激光器稳定性和使用寿命的关键问题之一。因此,对半导体激光器进行散热特性分析和温度控制意义重大。同轴封装半导体激光器作为光通信网络设备中的核心器件,其温度稳定性直接影响着网络速率和网络带宽,随着热电制冷技术的发展,微型热电制冷器(TEC)可以被封装在激光器内部,成为目前最佳的温控选择。为此,本文针对内置TEC温控功能的同轴封装半导体激光器进行了散热特性仿真分析。本文通过SolidWorks建立了能够真实反映同轴封装LD热学特性的3D模型,利用FloEFD软件对半导体激光器的实际模型进行了热仿真分析,为提高仿真速度提出了一种LD的等效简化模型。文中对同轴封装LD模型进行了稳态热分析和瞬态热分析。稳态热分析中,在TEC不工作状态下,分析了同轴封装LD的温度分布特性,同时,模拟了不同起始温度环境下LD和热敏电阻的温度变化；在TEC正常工作状态下,分析了不同TEC电流下LD的温度变化,通过TEC的工作原理解释了TEC的工作状态。在瞬态热分析中,在TEC不工作状态下,分析了温度特性随时间的变化,并与稳态仿真结果做比较；在TEC正常工作状态下,通过添加外部热沉,仿真出了同轴封装LD模型实际工作状态的温度分布,同时分析了TEC的制冷能力和最佳工作电流的范围。文中基于FloEFD对同轴封装LD模型进行了网格优化,加快了仿真效率,同时对内部器件进行了相关尺寸和结构优化,最后,通过STM32搭建了TEC的温控系统,对TEC的温控特性进行了实验测试。