高功率半导体激光器作为一种可靠的光源已成为具有广阔应用前景的产品之一,由于其具有体积小、重量轻、电光转换效率高、可靠性高、寿命长等众多显著优点,被广泛应用于工业、军事、娱乐显示、材料加工、医疗美容等众多领域。随着芯片技术的不断进步,以及受低成本、长寿命和越来越多的应用的驱动,高功率半导体激光器出现了新的技术发展趋势,即高输出功率、高亮度、无铟化芯片键合技术、窄光谱与低“smile”。高功率半导体激光器阵列的“smile”,即近场非线性,是指其输出光在快轴方向的非线性分布。封装过程中由于激光器芯片与衬底热沉等封装材料间的热膨胀系数不匹配引入的热应力是“smile”产生的主要原因。“Smile”效应给光束准直、整形及光纤耦合带来了极大的挑战,并已成为阻碍高功率半导体激光器更广泛应用的主要因素之一,所以对“smile”的影响因素进行研究显得尤为重要。目前,对“smile”的相关研究主要集中在“smile”的测量与减小、“smile”对光束质量的影响,“smile”的产生机制等,然而温度对“smile”的影响尚不明确。本课题主要研究温度对高功率半导体激光器阵列“smile”的影响,由于“smile”主要与封装及工作过程中引入的热应力相关,所以研究温度对“smile”的影响就要研究激光器芯片中的热应力随温度的变化。针对此课题,本论文中主要进行了以下研究工作:(1)利用实验测试方法,全面系统地研究了温度对高功率半导体激光器阵列输出特性的影响,如对阈值、斜率效率、输出功率、光谱、波长等的影响。(2)利用有限元方法,分别模拟计算了半导体激光器封装及工作过程中激光器芯片中的热应力及位移,得到了封装过程引入激光器芯片有源区的热应力及位移分布曲线,以及工作在不同热沉温度时激光器芯片有源区的热应力及位移分布曲线,并由此得到了激光器芯片中热应力及由热应力导致的激光器芯片的弯曲随热沉温度的变化规律。数值模拟结果为实验结果的解释提供了理论基础。(3)制备了60 W 808 nm铟焊料封装传导冷却半导体激光器样品。在低占空比脉冲条件(100μs@100 Hz)下,分别测试了器件的空间光谱,由此预测了封装过程引入激光器芯片中热应力的分布,并验证了模拟结果。实验中通过热电冷却器(TEC)控制热沉底部的温度,在20-65°C的温度范围内,分别测试了器件的“smile”大小。实验测试结果与数值模拟相结合,分析了“smile”随温度变化的规律及机理。(4)实验研究了封装工艺对半导体激光器阵列中热应力及“smile”的影响,最后提出了控制热应力及减小“smile”的策略,为提高半导体激光器的性能提供了指导。