随着现代科学和工程技术的不断进步,人们对半导体激光器输出功率和工作可靠性提出了更高的要求。由于半导体激光器的输出功率不断提高,芯片内部产生的废热也在逐渐增加,严重影响了半导体激光器的输出特性及其可靠性。因此,为了进一步提高半导体激光器的性能,优化半导体激光器的封装结构,研究半导体激光器的热特性,具有十分重要的技术前瞻性和现实意义。本文基于高功率半导体激光器热特性的基本要求,首先研究了温度对阈值电流、输出功率、热应力、寿命等特性的影响,对半导体激光器内涉及到的传热学理论进行了阐述,并对本文使用到的ANSYS有限元软件进行了简单的介绍。本文的研究内容可分为以下两个方面。（1）为了降低单管芯半导体激光器的有源区温度并提高封装器件的可靠性,基于COS封装形式,使用ANSYS有限元软件对传统正装和倒装封装下的半导体激光器进行了散热和应力分析。对传统的正装封装结构进行优化,采用具有高热导率的石墨烯薄膜作为辅助热沉,使用Solidworks Simulation软件建立了优化后的封装结构模型。该结构采用石墨烯薄膜增加半导体激光器的横向散热通道,同时采用正装封装方式以减小半导体激光器所受应力,实现了降低半导体激光器有源区温度以及热应力的目的。（2）为了节省半导体激光器的封装空间、降低多单管半导体激光器空间合束及耦合难度、提高多单管半导体激光器的输出功率,对封装结构进行优化,提出一种多单管半导体激光器堆叠排布的封装结构,采用有限元分析软件对优化后的封装器件进行了散热特性分析。通过ZEMAX软件对三个单管芯半导体激光器进行了空间合束模拟,将光束耦合进芯径200μm,数值孔径0.22的光纤中,可以达到28.6 W的激光输出,实现了在更小的设计空间里简化耦合光路,且提高半导体激光器输出功率使得器件更具稳定性的目的。