Yüksek güçlü fiber bağlantılı lazer diyotlarda soğutucu ile alt tabaka arasında kullanılan lehimin termal özelliklerinin incelenmesi ve lehim özelliklerinin lazer üzerindeki etkilerinin araştırılması
Examining the thermal characteristics of solder used between the heatsink and submount in high power fiber coupled laser diodes and investigating the effects of solder characteristics on the laser
- Tez No: 984608
- Danışmanlar: PROF. DR. MUHİTDİN AHMETOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Engineering Sciences, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Dalgaboyu, Diyod lazer, Fiber lazer, Lehimleme, Ötektik alaşımlar, Wavelength, Diode laser, Fiber laser, Soldering, Eutectic alloys
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Uludağ Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yüksek güçlü fiber akuple yarıiletken lazer diyotlarda, termal yönetim; cihazın optik verimliliği, dalga boyu stabilitesi ve güvenli çalışma sınırları üzerinde doğrudan etkili olan kritik bir parametredir. Bu tez çalışmasında, altlıklı çip (CoS) yapısı ile altın kaplı bakır paket arasındaki bağlantıyı sağlayan farklı lehim malzemelerinin termal performansları ve bunların lazer diyot üzerindeki etkileri deneysel olarak araştırılmıştır. İncelenen malzemeler arasında SAC305, Au80Sn20, Bi57Sn42Ag1 lehimleri ile gümüş (Ag) epoksi yer almaktadır. Deneylerde, her bir lehim tipi için optimize edilmiş reflow lehimleme veya kürleme süreçleri uygulanarak, sürekli dalga (CW) modunda çalışan, 915 nm merkez dalga boyuna sahip 13 W 'lık tek yayıcılı lazer diyotlar test edilmiştir. Diyotlara 0 A'den 13 A'e kadar değişen akım değerleri uygulanarak yapılan Işık-Akım-Gerilim (LIV) analizlerinde, kullanılan lehim malzemelerinin eklem sıcaklığı (Tj), dalga boyu (kızıla kayma), optik çıkış gücü, termal çöküş davranışı ve kuantum verimliliği üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Ayrıca, sıcaklık kaynaklı performans sapmaları da analiz edilmiştir. Deneysel bulgulara göre, en başarılı termal performans SAC305 ve Au80Sn20 lehimleri tarafından sergilenmiş, bu ikisinin ısı yayma kabiliyetlerinin birbirine oldukça yakın olduğu gözlemlenmiştir. SAC305, maliyet etkinliğinin yanı sıra düşük termal direnç ve stabil dalga boyu karakteristiği ile performans açısından da en başarılı sonuçları vermiştir. Buna karşılık, gümüş (Ag) epoksi, düşük termal iletkenliği nedeniyle en zayıf performansı göstermiştir. Bi57Sn42Ag1 lehimi ise orta düzeyde performans sergilemiş ancak yüksek sıcaklıklarda kısıtlayıcı etkiler göstermiştir. Tüm testler sırasında kalıcı optik hasar (COD) oluşumu gözlenmemiştir. Bu çalışma, yüksek güçlü lazer diyot paketlemesinde kullanılan lehim malzemelerinin, sistemin termal davranışı ve optoelektronik performansı üzerindeki etkilerini karşılaştırmalı olarak ortaya koymakta; yüksek verimli ve güvenli çalışma sınırlarına sahip fiber akuple lazer sistemleri tasarımı için bilimsel bir temel sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In high-power fiber-coupled semiconductor laser diodes, thermal management is a critical parameter that directly affects optical efficiency, wavelength stability, and safe operating limits of the device. In this thesis, the thermal performances of different solder materials providing the connection between the Chip on Submount (CoS) structure and the gold-plated copper package and their effects on the laser diode were investigated experimentally. The materials examined include SAC305, Au80Sn20, Bi57Sn42Ag1 solders, and silver (Ag) epoxy. In the experiments, 13W single-emitter laser diodes with a center wavelength of 915nm operating in continuous wave (CW) mode were tested using reflow soldering or curing processes optimized for each solder type. Light–Current–Voltage (LIV) measurements were performed under current values ranging from 0 A to 13 A. The effects of each bonding materials on the junction temperature (Tj), wavelength (red shift), optical output power, thermal rollover behavior, and quantum efficiency were evaluated. Additionally, temperature-induced performance deviations were analyzed. According to the experimental findings, the best thermal performance was exhibited by SAC305 and Au80Sn20 solders, with both showing very similar heat dissipation capabilities. SAC305 demonstrated the most successful overall performance, offering low thermal resistance and stable wavelength characteristics, along with cost-effectiveness. In contrast, silver (Ag) epoxy exhibited the weakest performance due to its low thermal conductivity, while Bi57Sn42Ag1 solder showed moderate performance but presented limitations at higher temperatures. No catastrophic optical damage (COD) was observed during any of the tests. This study provides a comparative analysis of the effects of solder materials used in high-power laser diode packaging on the system's thermal behavior and optoelectronic performance, offering a scientific basis for designing fiber-coupled laser systems with high efficiency and safe operational limits.
Benzer Tezler
- Adhezif birleştirme dayanımını arttırmak için karbon fiber katkılı kompozit malzemelerin yüzeylerinin lazer ile işlenmesi
Laser beam processing of carbon fiber reinforced composite materials surfaces to increase adhesive joining strength
YALÇIN ERDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Fizik ve Fizik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiElektro-Optik Sistem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERHAN AKMAN
- Experimental investigation of laser parameters in molded interconnect devices manufacturing via laser direct structuring
Lazerle doğrudan yapılandırma yoluyla kalıplanmış ara bağlantı cihazlarının üretiminde lazer parametrelerinin deneysel incelenmesi
CANSU GİZEM AKAGÜNDÜZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRECAN SÖYLEMEZ
- Deep learning-based analysis of retinal OCT) scans for diagnosis of alzheimer's disease
Optik koherens tomografi taramaları ve derin ögrenme tabanlı alzheimer hastalıgı teshisi
YASEMİN TURKAN
Doktora
İngilizce
2026
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolIşık ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FAİK BORAY TEK
- Primer açık açılı ve psödoeksfoliatif glokomlu olgularda aköz ve serum magnezyum düzeyleri ile sistemik inflamatuar belirteçler arasındaki ilişki
The relationship between aqueous and serum magnesium levels and systemic inflammatory markers in patients with primary open-angle and pseudoexfoliative glaucoma
NİZAM KOCABEY
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2025
Göz HastalıklarıSağlık BakanlığıGöz Hastalıkları Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ATILIM ARMAĞAN DEMİRTAŞ
- Fiber lazer sistemi ve farklı yüzey pürüzlendirme yöntemleri uygulanarak yüzeyi pürüzlendirilen zirkonya materyali ile dentin arasındaki bağlantı kuvvetinin in-vitro olarak değerlendirilmesi
The evaluating in-vitro bond strength of zirconia surface that was roughed with fiber laser and different surface treatments techniques to dentin
SERVER ÜNAL