Când laserul funcționează, când energia electrică sau alte forme de energie sunt convertite în energie luminoasă, inevitabil va fi generată o cantitate mare de căldură. Dacă această căldură nu poate fi disipată în timp util și eficient, va duce la creșterea temperaturii laserului, ceea ce îi va afecta puterea de ieșire, calitatea fasciculului, stabilitatea lungimii de undă și poate chiar deteriora cipul laser și componentele optice interne. Prin urmare, disiparea eficientă și fiabilă a căldurii este una dintre tehnologiile cheie pentru a asigura o performanță stabilă a laserului și a prelungi durata de viață a acestuia. Odată cu îmbunătățirea continuă a puterii laserului și extinderea câmpurilor de aplicare, tehnologia de disipare a căldurii continuă să se dezvolte și să inoveze. Următoarele vor introduce câteva metode principale de disipare a căldurii cu laser și caracteristicile acestora.
1960-1970
În primele zile ale dezvoltării laserului, puterea de ieșire era în general scăzută (nivel de wați și mai jos). Această etapă se bazează în principal pe convecția naturală și disiparea căldurii prin radiație, iar structura este simplă și fiabilă. Pe măsură ce puterea laserelor cu gaz cu undă continuă (cum ar fi laserele CO₂) și a laserelor cu stare solidă timpurie-a crescut la zeci de wați, a început să fie aplicată tehnologia simplă de răcire forțată cu aer. Prin adăugarea unui ventilator la carcasa laserului și utilizarea convecției forțate a aerului pentru a elimina căldura, acesta este primul pas în trecerea tehnologiei de disipare a căldurii de la pasiv la activ.
1980-1990
Sistemul de răcire cu apă în circulație a devenit configurația standard a laserelor-de mare putere în această perioadă. Cercetările se concentrează pe optimizarea designului canalului de curgere cu plăci reci, îmbunătățirea calității apei (de exemplu, deionizarea) pentru a preveni detartrarea și coroziunea și dezvoltarea unor schimbătoare de căldură externe eficiente (de exemplu, turnuri de răcire, răcitoare uscate). În această etapă, sistemele de control al temperaturii de precizie pentru refrigerarea compresorului au început să fie utilizate și pentru sursele de pompe semiconductoare care sunt extrem de sensibile la lasere de temperatură și cercetare științifică-care necesită zgomot redus.
Anii 2000 până în prezent
Frontiera cercetării trece la o tehnologie mai eficientă de răcire cu schimbare de fază:
Răcire prin pulverizare: prin atomizarea și pulverizarea lichidului de răcire pe suprafața sursei de căldură, folosind impactul picăturilor și căldura latentă de schimbare de fază pentru a elimina o cantitate mare de căldură, laboratorul a atins o capacitate de disipare a căldurii de peste 1000 W/cm².
Răcire prin fierbere pe microcanal: Ghidați lichidul de răcire să sufere o schimbare de fază controlabilă (fierbere) în microcanal și utilizați căldura latentă de vaporizare pentru a crește considerabil limita de disipare a căldurii.
Rezumat
În concluzie, există diverse metode de disipare a căldurii pentru lasere, de la simplă răcire naturală până la refrigerarea complexă și sofisticată cu compresor și diverse tehnologii noi de disipare a căldurii de înaltă{0}}eficiență, formând un sistem tehnic complet. În aplicațiile practice, luarea în considerare și selecția cuprinzătoare trebuie făcute pe baza unor factori precum nivelul de putere al laserului, forma structurală, cerințele de performanță, mediul de utilizare și bugetul de cost. Pe măsură ce tehnologia laser se dezvoltă spre putere mai mare, luminozitate mai mare și dimensiuni mai mici, dezvoltarea unor soluții de disipare a căldurii mai eficiente, mai compacte și mai fiabile va continua să fie un subiect de cercetare important în domeniul tehnologiei laser și o garanție cheie pentru promovarea aplicării mai largi a laserelor în diverse industrii.
