中国激光
2023, 50(20): 2002101
1 中国工程物理研究院 高能激光科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
结温升高是影响主控振荡放大(MOPA)半导体激光芯片输出功率的重要因素，为解决MOPA芯片的多电极封装和高效散热问题，提出了一种正装和热扩散辅助次热沉相结合的封装结构。建立了该封装结构的3D热模型，对比研究了倒装封装结构、正装无辅助次热沉结构与正装有辅助次热沉结构对MOPA半导体激光器结温的影响。计算结果表明，采用正装有辅助次热沉结构与倒装封装结构散热性能接近，且显著优于正装无辅助次热沉结构，结温降低幅度最高可达40%。另外，采用正装有辅助次热沉封装结构的MOPA半导体激光芯片在连续工作条件下输出功率为10.5 W，谱宽可实现半高全宽小于0.1 nm，中心波长随电流的变化约14 pm/A，实现了10 W级MOPA芯片的封装，验证了该封装结构的有效性。
锥形半导体激光器 热设计 封装结构 热沉 master oscillator power amplifier diode laser thermal design package structure heat sink 强激光与粒子束
2023, 35(5): 051001
华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
回音壁模式晶体腔凭借其高品质因数和小模式体积, 在光学滤波、非线性转换、光学传感等研究领域都具有重要的应用前景, 然而裸露光学微腔的谐振特性极易受外界环境干扰的影响, 针对基于氟化镁晶体回音壁模式微腔的光纤耦合封装技术进行了研究。通过氢氧焰熔融拉锥的方式制备了锥形光纤, 其锥腰直径约为2 μm。搭建了回音壁微腔与锥形光纤耦合测试实验平台, 优化后的锥形光纤耦合系统使回音壁模式晶体腔在一定波长范围内工作在少模状态, 品质因数达到5.15×107。此外, 完成了具有精准温控的耦合器件封装, 提升了锥形光纤和回音壁腔耦合系统的稳定性。从实际应用的角度出发, 为超高品质因数的回音壁模式晶体腔的封装提供了一种有益的尝试。
回音壁模式 光学微腔 品质因数 锥形光纤耦合 封装器件 whispering gallery mode optical microcavity quality factor coupling with the tapered fiber packaged device
1 北京玻璃研究院有限公司, 北京 101111
2 北京一轻研究院有限公司, 北京 101111
3 中国科学院高能物理研究所, 北京 100043
本文采用改进的坩埚下降法生长了76 mm×76 mm的以氯化铈(CeCl3)为掺质的溴化镧(LaBr3)晶体。该晶体经切割、研磨加工、封装制成超薄铍(Be)金属LaBr3晶体防潮封装件, 封装件的晶体尺寸为76 mm×15 mm, 入射窗选用200 μm厚的Be金属片, 当入射能量为5.9 keV时能量分辨率为55%。对封装件依次开展力学(1 000 g冲击、14.12 g随机振动)、热真空(-40~+50 ℃、≤1.3×10-3 Pa)、辐照(160 krad剂量60Co辐照)试验, 并对试验前后封装件进行闪烁性能表征。结果表明, 试验前后晶体外观无肉眼可见变化, 662 keV的能量分辨率由5.30%变至4.89%, 光输出损失0.2%。
溴化镧晶体 铍金属 坩埚下降法 闪烁晶体 辐射探测 封装 LaBr3 crystal beryllium metal Bridgman method scintillation crystal radiation detection encapsulation
烟台艾睿光电科技有限公司, 山东 烟台 264006
陶瓷封装是非制冷红外探测器最主流的封装形式, 封装的低成本、小型化和高可靠性是发展方向。在某款陶瓷封装探测器结构的基础上, 提出一种优化结构, 优化后成本降低约 5%、体积缩小约 30%。基于 ANSYS Workbench有限元分析软件, 从网格数量无关性验证出发, 分析了非制冷红外探测器陶瓷封装原始结构和优化结构各组件在 10.2G随机振动环境和 500g半正弦波冲击振动环境的最大等效应力和最大形变, 结果显示两种结构均满足可靠性要求。在此基础上, 本文对优化结构红外窗口的不同材料和不同厚度进行了 500g半正弦波冲击振动环境可靠性仿真, 结果表明: 0.3 mm～1.0 mm厚度锗窗口和硅窗口均满足可靠性要求, 最大等效应力和最大形变与窗口厚度呈负相关, 相同厚度的红外窗口, 硅窗口比锗窗口可靠性表现更好。本文的研究为非制冷红外探测器陶瓷封装形式的后续结构设计和仿真计算提供了参考。
非制冷红外探测器 有限元 陶瓷封装 结构优化 可靠性 uncooled infrared detector finite element ceramic packaging structural optimization reliability
中国电子科技集团公司第四十三研究所微系统安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230088
半导体单光子雪崩二极管可实现微弱信号的探测, 在量子通讯、激光雷达和大气探测等领域具有重要应用。虽然半导体单光子雪崩二极管的性能主要取决于探测芯片设计、流片工艺和外围匹配电路的设计, 但后续的封装技术对其探测性能也有重要的影响。聚焦多年来半导体单光子雪崩二极管的封装发展, 简要介绍了相应封装形式和技术, 以及封装对于雪崩二极管性能的影响, 最后对半导体单光子雪崩二极管的封装发展前景做出了展望。
半导体单光子雪崩光电二极管 封装技术 暗计数 探测效率 热管理技术 光路耦合技术 semiconductor single-photon avalanche photodiodes packaging technology dark countings detection efficiency thermal management technology optical coupling technology
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所太赫兹固态技术实验室, 上海 200050
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
随着太赫兹技术、低温电子学和射电天文学的发展, 对可低温环境下工作的集成封装式跨阻放大芯片的需求增加。本文针对一种 Ge-Si基底型跨阻放大器, 主要研究了其深低温环境下的电学性能, 获得了 8K温度下放大器芯片的典型端口电流-电压特性曲线和增益曲线, 得到了在 0.1~3 GHz频带内较为平坦的增益效果; 为了验证其对太赫兹光电信号的放大功能, 将该跨阻放大器与太赫兹量子阱探测器集成封装, 并搭建了太赫兹脉冲激光探测系统, 在 8K温度下实现了对脉宽 2 μs太赫兹光电探测信号的有效放大, 跨阻增益约 560 Ω, 电流放大增益为 1.78 mA/V。上述研究成果首次验证了商用跨阻放大器在深低温环境下应用的可行性, 为太赫兹高速探测与高频通信领域的集成跨阻放大提供了一种有效技术手段。
太赫兹探测 高速封装 跨阻放大器 低温放大技术 terahertz detecting high-speed packaging transimpedance amplifier cryogenic amplification technique 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(1): 16
张阳 1,2,3莫德锋 1,2,3范崔 1,2,3石新民 1,2,3[ ... ]李雪 1,2,3
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术联合国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
为满足拼接式超大面阵型红外探测器的空间应用需求，超大规模冷平台组件需要在低温下工作，冷平台支撑结构需要较高的刚度以满足组件的抗振动性能，又需要较高的结构热阻以降低其传导漏热。提出了对称式八杆结构作为冷平台支撑，该支撑结构采用新型的高强度、低热导率的氧化锆陶瓷材料。基于有限元软件分析了支撑结构的高度、安装倾斜角度、宽厚比和材料对于组件的模态基频、支撑结构热阻以及组件在30 g静力学载荷下的最大应力的影响，通过对比选取了其中一组参数设计了实际的测试组件，支撑的结构热阻达到了220 K/W，对组件进行了5~2 000 Hz的正弦扫频试验、总均方根为9 g RMS的XYZ三个方向的随机振动等力学环境试验，最终组件通过了空间环境适应性试验验证，组件的基频达到了560 Hz，并且测试结果与仿真结果趋势符合较好。结果表明：对称式八杆氧化锆支撑结构解决了超大面阵型红外探测器冷平台组件既需要高力学性能又需要低漏热的难题，满足工程化应用需求。
超大面阵红外探测器 支撑结构 杜瓦封装 冷平台组件 large format infrared detector support structure Dewar packaging cold platform 红外与激光工程
2023, 52(2): 20220445
