半导体制冷片.doc
温度特性是半导体激光器的主要特性，不但阀值电流和输出光功率受到工作温度的制约，而且温度变化还会影响到激光器的激射波长及其模式特性，一般随着有源区温度的升高将出现波长漂移，并伴随着跳模等现象。这就要求为激光器提供一个稳定而且能够精确整定的温度环境。
1.温度对阈值特性的影响
影响半导体激光器阀值特性的主要因素可分为器件结构的影响、材料的影响、温度的影响。其中前两种是与半导体激光器的制作工艺紧密相连的。温度的变化对半导体激光器的阀值特性产生明显的影响。温度升高，半导体激光器的阀值电流密度或阀值电流升高，增大的幅度随不同激光器的材料体系和器件结构而 异。因为影响半导体激光器温度特性的因素很多，所以不可能有一个统一的公式来概括所有影响半导体激光器阀值特性的因素。通过实验证实，电流密度J西与温度T之间存在如下的关系:
TT,1。 JTJT()()exp(),，th1thT0
J(T)T式中: 为室温;为某一温度T下的阀值电流密度; 1th
J(T)T 为室温条件下的阀值电流密度;为半导体激光器的特征温度。 0th1
T特征温度是表征半导体激光器温度稳定性的重要参数，它取决于激光器材料和 0
T器件结构。较高的意味着当温度快速增加时，半导体激光器的阀值电流密度或0
T阀值电流增加不大。普通GaAIAs,GaAs半导体激光器(920nm)的为120K左右。0
T而波长较长的InGaAsP,InP半导体激光器的一般只能达至65K左右。 0
2.温度对输出光功率的影响
半导体激光器的输出光功率会随温度发生很大的变化，其原因主要是由于半导体激光器的外微分量子效率和阀值电流随温度发生变化。外微分量子效率是用于表示激光器件把注入的电子一空穴对转换成从器件发射的光子(输出光)效率的参量，一般其值会随着温度的升高而下降。
对于线性良好的激光器，输出光功率可以表示为
h,,D。 P,(I,I)0Fthe0
P,式中:为半导体激光器的输出功率;为外微分量子效率; 0D
eh 为普朗克常数;为光频率;为单个电子电量; ,0
II 为注入电流;阀值电流。 thF
半导体激光器的工作温度变化时，即使向激光器注入恒定的电流，由于阀值电流 随着温度的变化而变化，所以激光器的输出光功率发生很大的变化。
3.温度对输出光波长的影响
半导体激光器输出波长主要由其掺杂浓度、工作电流和工作温度决定。器件的温度上升，会使激光器材料的折射率和带隙发生变化，导致光谐振腔尺寸增大，带隙变窄，使得激光器输出光的峰值波长发生漂移。一般波长为1(2um和1(3um的GaInNAs激光器波长,温度变化率在0(4nm,?左右，波长为1(3um的InGaAsP激光器波长,温度变化率在0(4,O(7nm,?范围内。对于一个指定的半导体激光器其波长,温度关系基本呈线性，因此可以通过精确地控制半导体激光器的工作温度，把激光器的发射波长调节到特定波长值之上，以满足不同的应用要求。
因此在使用半导体激光器时，要控制好激光器的工作温度，给激光器提供一个稳定而且可以精确控制的温度环境，使其产生的激光的输出光功率和光波长满足实验所需的要求。
帕尔帖(peltire)效应
两种不同的金属构成闭合回路，当回路中存在直流电流时，两个接头之间将产生温差。这就是珀尔帖效应(PeltierEffect)。 由帕尔帖效应产生的热流量称作帕尔帖热。对帕尔帖效应的物理解释是:电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量;相反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量。能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。
半导体制冷器(thermal electrical refrigerator):利用半导体的热-电效应(帕尔贴效应)制取冷量的器件，又称热-电制冷器。 纯金属的热-电效应很小，若用一个N型半导体和一个P型半导体代替金属，效应就大得多。接通电源后，上接点附近产生电子-空穴对,内能减小,温度降低,向外界吸热,称为冷端。另一端因电子-空穴对复合，内能增加，温度升高，并向环境放热，称为热端。一对半导体热电元件所产生的温差和冷量都很小，实用的半导体制冷器是由很多对热电元件经并联、串联组合而成，也称热电堆。单级热电堆可得到大约60?的温差，即冷端温度可达-10,-20?。增加热电堆级数即可使两端的温差加大。但级数不宜过多，一般为2,3级。
与风冷和水冷相比，半导体制冷器具有无噪声、无振动、不需制冷剂、体积小、重量轻、可以把温度降至室温以下、精确温控(使用闭环温控电路，精度可达?0.1?)等特点，且工作可靠(致冷组件为固体器件，无运动部件，寿命超过20万小时，失效率低)，操作简便，易于进行冷量调节。但它的制冷系数较小，电耗量相对较大，故它主要用于耗冷量小和占地空间小的场合，如电子设备和无线电通信设备中某些元件的冷却;有的也用于家用冰箱，但不经济。半导体制冷器还可做成零点仪，用来保证热电偶测温中的零点温度。半导体制冷器的这些特点正好适用于二极管激光器。
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