При работе лазера, когда электрическая энергия или другие формы энергии преобразуются в световую энергию, неизбежно выделяется большое количество тепла. Если это тепло не удастся рассеять своевременно и эффективно, это приведет к повышению температуры лазера, что повлияет на его выходную мощность, качество луча, стабильность длины волны и может даже повредить лазерный чип и внутренние оптические компоненты. Таким образом, эффективное и надежное рассеивание тепла является одной из ключевых технологий, обеспечивающих стабильную работу лазера и продление его срока службы. С постоянным улучшением мощности лазера и расширением областей применения технология рассеивания тепла продолжает развиваться и внедрять инновации. Ниже будут представлены несколько основных методов лазерного рассеивания тепла и их характеристики.
1960-1970
На заре разработки лазеров выходная мощность обычно была низкой (уровень ватт и ниже). Этот этап в основном основан на естественной конвекции и рассеивании тепла излучением, а конструкция проста и надежна. Когда мощность газовых лазеров непрерывного действия (например, CO₂-лазеров) и первых твердотельных лазеров возросла до десятков ватт, стала применяться простая технология принудительного воздушного охлаждения. Добавление вентилятора в корпус лазера и использование принудительной конвекции воздуха для отвода тепла является первым шагом в переходе технологии рассеивания тепла от пассивной к активной.
1980-1990
В этот период система циркуляционного водяного охлаждения стала стандартной конфигурацией мощных-лазеров. Исследования направлены на оптимизацию конструкции проточных каналов с холодной пластиной, улучшение качества воды (например, деионизация) для предотвращения образования накипи и коррозии, а также разработку эффективных внешних теплообменников (например, градирен, сухих градирен). На этом этапе системы прецизионного контроля температуры компрессорного холодильного оборудования также начали использоваться для полупроводниковых источников накачки, чрезвычайно чувствительных к температуре, и лазеров научного-класса, требующих низкого уровня шума.
2000-е по настоящее время
Граница исследований смещается в сторону более эффективной технологии охлаждения с фазовым переходом:
Охлаждение распылением: распыляя и распыляя охлаждающую жидкость на поверхность источника тепла, используя воздействие капель и скрытую теплоту фазового перехода для удаления большого количества тепла, лаборатория достигла мощности рассеяния тепла более 1000 Вт/см².
Микроканальное кипячение: направляйте охлаждающую жидкость в контролируемое фазовое изменение (кипение) в микроканале и используйте скрытую теплоту испарения, чтобы значительно увеличить предел рассеяния тепла.
Краткое содержание
Подводя итог, можно сказать, что для лазеров существуют различные методы отвода тепла: от простого естественного охлаждения до сложного компрессорного охлаждения и различных новых высокоэффективных технологий отвода тепла, образующих законченную техническую систему. В практических приложениях необходимо проводить всестороннее рассмотрение и выбор на основе таких факторов, как уровень мощности лазера, структурная форма, требования к производительности, условия использования и бюджет затрат. Поскольку лазерные технологии развиваются в сторону большей мощности, большей яркости и меньших размеров, разработка более эффективных, более компактных и более надежных решений по рассеиванию тепла будет продолжать оставаться важной темой исследований в области лазерных технологий и ключевой гарантией продвижения более широкого применения лазеров в различных отраслях промышленности.
