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大功率垂直腔面发射激光器阵列的热优化

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提出了一个新的参数——温度影响因子,其统筹考虑了垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列单元之间的间距、氧化孔径尺寸、单元的数量和输入电流,并可用于表征阵列受热串扰影响程度.在此基础上,基于Py-thon设计了VCSEL阵列的优化布局算法,并建立了热电耦合模型,验证了优化布局对温度特性的优化效果,与常规布局相比,优化阵列内部温升显著降低.另外,在固定电流密度和发光面积的条件下,同时减小氧化孔径尺寸和增加单元数可以有效地改善VCSEL阵列的温度特性.10 μm氧化孔径的平均温度比30 μm氧化孔径的平均温度低28 K.研究结果表明,本文所提出的VCSEL阵列优化方案有效减低了热串扰的影响,通过对温度影响因子中各变量的分析,可以为VCSEL阵列的设计提供指导.
Thermal Optimization of High-power Vertical Cavity Surface Emitting Laser Arrays
In this study,we designed a new parameter,the temperature impact factor,which considers the spacing between vertical-cavity surface-emitting laser(VCSEL)array units,size of the oxidation aperture,number of units,and the input current,and can be used to characterize the degree of thermal crosstalk in the array.Based on this,we designed an optimization layout algorithm for the VCSEL array and established a thermal-electric coupling model to verify the benefits of the optimized layout on temperature characteristics.Compared with the conventional layout,the temperature rise was reduced by 5%.In addition,under the condition of fixed current density and luminous area,reduction of the oxidation aperture and increasing the number of units can effectively improve the temperature characteristics of the VCSEL array.The average temperature of the 10 μm oxidation aperture was 30 K lower than that of the 30 μm oxidation aperture.The research results show that the impact of thermal crosstalk in the VCSEL array is effectively reduced and provide guidance for the design of the VCSEL array.

vertical cavity surface emitting laserthermal crosstalkarray designCOMSOL thermoelectric simulation

夏宇祺、慕京飞、周寅利、张星、张建伟、陈超、苑高辉、张卓、刘天娇、白浩鹏、徐玥辉、孙晶晶、宁永强、王立军

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中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室,吉林 长春 130033

中国科学院大学,北京 100049

垂直腔面发射激光器 热串扰 阵列设计 COMSOL热电仿真

国家重点研发计划项目国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金吉林省科技发展计划重点项目吉林省科技发展计划重点项目吉林省科技发展计划重点项目博士后基金项目

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2024

10.37188/CJL.20240048

发光学报
中国物理学会发光分会,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

发光学报

CSTPCD北大核心
影响因子：1.301
ISSN：1000-7032
年,卷(期)：2024.45(6)
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