উচ্চ ক্ষমতার সেমিকন্ডাক্টর লেজারের তাপ অপচয় পদ্ধতি নিয়ে গবেষণা

সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি প্রথম বিদেশ থেকে অধ্যয়ন করা হয়েছিল। প্রাচীনতম প্রযুক্তি মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র এবং জাপান থেকে উদ্ভূত হয়েছিল এবং প্রধানত সামরিক ক্ষেত্রে ব্যবহৃত হয়েছিল। প্রযুক্তির পুনরাবৃত্তিমূলক বিকাশের সাথে, এটি বেসামরিক বাজারে প্রয়োগ করা শুরু হয় এবং অপটোইলেক্ট্রনিক্স এবং যোগাযোগের মতো শিল্পগুলিতে প্রয়োগ করা হয়। আমার দেশের' জাতীয় প্রতিরক্ষা শিল্প এবং অপটোইলেক্ট্রনিক উত্পাদন শিল্পের বিকাশের সাথে সাথে, শিল্পটি উচ্চ-শক্তির লেজারের চাহিদা বাড়াতে শুরু করেছে, এবং লোকেরা উচ্চ-শক্তির সেমিকন্ডাক্টর লেজার ডিভাইসগুলির উপর গবেষণা চালাতে শুরু করেছে। . গবেষণা চলাকালীন, এটি আবিষ্কৃত হয়েছিল যে ঐতিহ্যগত সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলির হালকা গুণমান আর মানুষের চাহিদা মেটাতে পারে না। সেমিকন্ডাক্টর লেজারের আউটপুট শক্তি বাড়ানোর জন্য, লোকেরা ক্রমাগত উন্নতি এবং বিশ্লেষণ করতে শুরু করে। গবেষণা চলাকালীন, এটি পাওয়া গেছে যে সেমিকন্ডাক্টর লেজারের অর্ধেক বৈদ্যুতিক শক্তি যখন এটি ব্যবহার করা হয় তখন তাপ শক্তিতে রূপান্তরিত হয়। যদি সেমিকন্ডাক্টর লেজার নিজেই তাপকে ভালভাবে ছড়িয়ে না দেয় তবে এটি সরাসরি সেমিকন্ডাক্টর লেজারের জীবন এবং ব্যবহারকে প্রভাবিত করবে। অতএব, তাপ অপচয়ের সমস্যাটি এখনই গবেষকদের দ্বারা সমাধান করা প্রয়োজন। সমস্যা এক.

লেজার তাপ অপচয় পদ্ধতির শ্রেণীবিভাগ

বর্তমানে, লেজারগুলির প্রধান তাপ অপচয় পদ্ধতিগুলি ঐতিহ্যগত তাপ অপচয় পদ্ধতি এবং নতুন তাপ অপচয় পদ্ধতিতে বিভক্ত। প্রথাগত তাপ অপচয় পদ্ধতির মধ্যে রয়েছে: বায়ু শীতলকরণ, অর্ধপরিবাহী হিমায়ন, প্রাকৃতিক পরিচলন তাপ অপচয়, ইত্যাদি এবং নতুন তাপ অপচয় পদ্ধতির মধ্যে রয়েছে: ফ্লিপ চিপ তাপ অপচয় এবং মাইক্রোচ্যানেল তাপ অপচয়।

সেমিকন্ডাক্টর লেজার প্যাকেজিংয়ের তাপ অপচয়ের প্রক্রিয়াটি মূলত লেজার চিপ, ওয়েল্ডিং স্তর, তাপ সিঙ্ক, ধাতু স্তর এবং আরও অনেক কিছু নিয়ে গঠিত। সেমিকন্ডাক্টর লেজারের তাপ অপচয়ের কাঠামোর ঢালাই স্তরটি মূলত ঢালাইয়ের মাধ্যমে চিপ এবং তাপ সিঙ্ককে সংযুক্ত করতে ব্যবহৃত হয়। উচ্চ-শক্তির সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি ব্যবহার করার সময় তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস করার উদ্দেশ্য অর্জনের জন্য, তুলনামূলকভাবে উচ্চ তাপ পরিবাহিতা সহ কিছু উপকরণ, যেমন গোল্ড-টিন সোল্ডার, প্রায়শই সোল্ডারিংয়ের সময় ব্যবহার করা হয়। পুরো প্যাকেজিং প্রক্রিয়া চলাকালীন, অনেকগুলি স্তর থাকবে, এই স্তরগুলির মধ্যে প্রধানত অন্তর্ভুক্ত রয়েছে: চিপ, সোল্ডার স্তর, তাপ সিঙ্ক, ধাতব স্তর, লেজার চিপের তাপ শক্তি পরিচালনা করতে তাপ সিঙ্ক এবং ধাতব স্তরের তাপ স্থানান্তর প্রভাব ব্যবহার করে, এবং অবশেষে লেজারের পরিষেবা জীবন প্রসারিত করার জন্য সেমিকন্ডাক্টর লেজারটিকে একটি ভাল তাপ অপচয় তৈরি করুন।

উচ্চ-শক্তি সেমিকন্ডাক্টর লেজারের তাপ অপচয় কর্মক্ষমতা প্রধানত তাপ প্রতিরোধের এবং তাপ প্রবাহ দ্বারা মূল্যায়ন করা হয়। মূল্যায়নে, সীমিত তাপমাত্রায় তাপ প্রবাহের দিকে মনোযোগ দেওয়া উচিত। যদি তাপ অপচয় বিশ্লেষণের সময় উভয়ের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য তুলনামূলকভাবে বড় পাওয়া যায় তবে লেজার চিপের পৃষ্ঠে ঘনীভবন প্রদর্শিত হবে। এই সমস্যাটি হওয়ার পরে, অপটিক্যাল আউটপুট পাওয়ারকে প্রভাবিত করার পাশাপাশি, এটি তরঙ্গদৈর্ঘ্যের লকিংকেও প্রভাবিত করবে এবং এমনকি সংযোগের কারণেও। এক্সপোজার সমস্যা সার্কিটের ফটোইলেক্ট্রিক কর্মক্ষমতা ক্ষতিগ্রস্ত করে এবং শেষ পর্যন্ত নির্ভরযোগ্যতাকে প্রভাবিত করে। বর্তমানে, তাপীয় প্রতিরোধ ক্ষমতা কমানোর একটি সাধারণ পদ্ধতি হল তাপ পরিবাহিতা উপকরণ ব্যবহার করা। তাপ পরিবাহিতা উপকরণের উত্থান লেজারের জন্য তাপমাত্রা কমানোর জন্য আরও অপ্টিমাইজেশান স্থান প্রদান করে।

প্রাকৃতিক পরিচলন তাপ সিঙ্ক কুলিং এবং তাপ অপচয় পদ্ধতি প্রাকৃতিক পরিচলন তাপ সিঙ্ক শীতল এবং তাপ অপচয় হল উচ্চ তাপ পরিবাহিতা সহ কিছু উপকরণ ব্যবহার করে উৎপন্ন তাপ কেড়ে নেওয়া, এবং তারপর প্রাকৃতিক পরিচলনের মাধ্যমে তাপ নষ্ট করা। গবেষণা চলাকালীন, বৈজ্ঞানিক ও প্রযুক্তিগত কর্মীরা আরও দেখেছেন যে পাখনাগুলি তাপ ক্ষয় করতেও সাহায্য করতে পারে এবং তাপ অপচয় করার সময় তাপ অপচয় সিস্টেমে তাপ স্থানান্তর হারকে সর্বাধিক করতে পারে। যখন তাপমাত্রা একই থাকে, পাখনার উচ্চতা বৃদ্ধির সাথে সাথে পাখনার পিচ হ্রাস পাবে। উল্লম্বভাবে তাপ সিঙ্ক স্থাপন করার জন্য সাবস্ট্রেট ব্যবহার করার সময়, উচ্চতা যথাযথভাবে বৃদ্ধি করা প্রয়োজন, এবং উচ্চতা বৃদ্ধির মাধ্যমে তাপ অপচয়ের প্রভাব উন্নত হয়। যেমন একটি তাপ অপচয় পদ্ধতি ব্যবহার করার সময় অনেক খরচ কমিয়ে দেবে। প্রকৃত কাজে, তামা বা অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইড প্রায়শই তাপ সিঙ্ক হিসাবে ব্যবহৃত হয়, তবে তাপ সিঙ্ক পদ্ধতিটি উচ্চ-শক্তির সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলির তাপ অপচয়ের চাহিদা সম্পূর্ণরূপে পূরণ করতে পারে না।

বড় চ্যানেল জল শীতল পদ্ধতি

আপনি যদি তাপ সিঙ্কের তাপমাত্রা কমাতে চান তবে আপনাকে তাপ সিঙ্কে একটি চ্যানেল তৈরি করতে হবে। আপনি যদি শীতল প্রভাব অর্জন করতে চান তবে আপনাকে এই চ্যানেলে একটি নির্দিষ্ট জলের উত্স যুক্ত করতে হবে, যাতে লেজারের কাজটি বিলম্বিত না হয়। এর প্রতিক্রিয়ায়, গবেষকরা তাদের গবেষণার সময় দেখেছেন যে স্পয়লার কাঠামোর তাপ অপচয়ের প্রভাব প্রচলিত গহ্বরের কাঠামোর চেয়ে ভাল, তবে চ্যানেলে চাপ বৃদ্ধিও ঘটবে। গবেষণায় দেখা গেছে যে যদিও বড় চ্যানেলগুলি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, লেজারের আউটপুট শক্তির ক্রমাগত বৃদ্ধির কারণে, জল শীতল করার বড় চ্যানেলগুলি আর উচ্চ-শক্তির সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলির তাপ অপচয়ের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে না।

স্প্রে কুলিং পদ্ধতি

স্প্রে কুলিং হল শীতল করার উদ্দেশ্য অর্জনের জন্য চাপের সাহায্যে পরমাণুকরণের মাধ্যমে তাপ স্থানান্তর পৃষ্ঠে শীতল তরল স্প্রে করা। স্প্রে কুলিং এর প্রধান বৈশিষ্ট্য হল বড় তাপ স্থানান্তর সহগ এবং কম কুল্যান্ট প্রবাহ। গবেষকরা খুঁজে পেয়েছেন যে জলকে মাধ্যম হিসাবে ব্যবহার করার সময় এবং পরীক্ষার জন্য কঠিন শঙ্কু অগ্রভাগ ব্যবহার করার সময়, মাইক্রোস্ট্রাকচারযুক্ত পৃষ্ঠ তাপ বিনিময় প্রভাবকে বাড়িয়ে তুলতে পারে। গবেষণা চলাকালীন, এটি পাওয়া গেছে যে স্প্রে কুলিং এর শীতল কার্যকারিতা স্প্রে প্রবাহ হারের সাথে সম্পর্কিত। এছাড়াও, গবেষকরা একটি স্প্রে ফেজ পরিবর্তন কুলারও আবিষ্কার করেছেন। পরীক্ষার সময়, স্প্রে কুলিং ডিভাইসে অগ্রভাগের উচ্চতা এবং তাপ অপচয়ের প্রভাবও খুব ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত।

মন্তব্য আখেরী

সর্বোপরি, তাপ অপচয়ের প্রভাবকে উন্নত করার জন্য দুটি সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ কারণ হল তাপ অপচয় সিস্টেমের তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস করা এবং তাপ প্রবাহ বৃদ্ধি করা। তাপ প্রতিরোধের হ্রাস করার সময়, উচ্চ তাপ পরিবাহিতা সহ উপকরণগুলি এটি কমাতে ব্যবহার করা যেতে পারে; তাপ প্রবাহ বৃদ্ধি করার সময়, তাপ অপচয় টার্মিনালের তাপ স্থানান্তর সহগ বৃদ্ধি করে সাহায্য করা যেতে পারে। উচ্চ-পাওয়ার লেজারের কর্মক্ষমতা সূচকগুলি উচ্চতর এবং উচ্চতর হয়ে উঠলে, অনেক পদ্ধতি আর প্রয়োগের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে না। উচ্চ-শক্তি সেমিকন্ডাক্টর লেজারের জন্য আরও উপযুক্ত তাপ অপচয়ের পদ্ধতিগুলি খুঁজে পেতে আরও গবেষকদের অধ্যয়নের জন্য অবিচ্ছিন্ন প্রচেষ্টা করতে হবে।