Wanneer de laser werkt en elektrische energie of andere vormen van energie worden omgezet in lichtenergie, zal er onvermijdelijk een grote hoeveelheid warmte worden gegenereerd. Als deze warmte niet tijdig en effectief kan worden afgevoerd, zal de temperatuur van de laser stijgen, wat het uitgangsvermogen, de straalkwaliteit en de golflengtestabiliteit zal beïnvloeden en zelfs de laserchip en interne optische componenten kan beschadigen. Daarom is efficiënte en betrouwbare warmteafvoer een van de sleuteltechnologieën om stabiele laserprestaties te garanderen en de levensduur ervan te verlengen. Met de voortdurende verbetering van het laservermogen en de uitbreiding van toepassingsgebieden blijft de warmtedissipatietechnologie zich ontwikkelen en innoveren. Hieronder worden enkele belangrijke methoden voor laserwarmtedissipatie en hun kenmerken geïntroduceerd.
1960-1970
In de begindagen van de laserontwikkeling was het uitgangsvermogen over het algemeen laag (wattniveau en lager). Deze fase is voornamelijk afhankelijk van natuurlijke convectie en stralingswarmtedissipatie, en de structuur is eenvoudig en betrouwbaar. Toen het vermogen van continue golf (CW) gaslasers (zoals CO₂-lasers) en vroege vaste{2}} lasers toenam tot tientallen watts, begon eenvoudige geforceerde luchtkoelingstechnologie te worden toegepast. Door een ventilator aan de laserbehuizing toe te voegen en geforceerde luchtconvectie te gebruiken om warmte te verwijderen, is dit de eerste stap in het verplaatsen van de warmtedissipatietechnologie van passief naar actief.
1980-1990
Het circulerende waterkoelsysteem werd in deze periode de standaardconfiguratie van lasers met hoog-vermogen. Onderzoek richt zich op het optimaliseren van het ontwerp van koude plaatstroomkanalen, het verbeteren van de waterkwaliteit (bijv. deïonisatie) om kalkaanslag en corrosie te voorkomen, en het ontwikkelen van efficiënte externe warmtewisselaars (bijv. koeltorens, droge koelers). In dit stadium worden nauwkeurige temperatuurregelsystemen voor compressorkoeling ook gebruikt voor halfgeleiderpompbronnen die extreem gevoelig zijn voor temperatuur en voor lasers van wetenschappelijk onderzoek-die weinig geluid vereisen.
Jaren 2000 tot heden
De onderzoeksgrens verschuift naar efficiëntere faseveranderingskoelingstechnologie:
Sproeikoeling: Door het koelmiddel op het oppervlak van de warmtebron te verstuiven en te spuiten, met behulp van druppelinslag en latente faseveranderingswarmte om een grote hoeveelheid warmte te verwijderen, heeft het laboratorium een warmtedissipatiecapaciteit van meer dan 1000 W/cm² bereikt.
Kokende koeling via microkanalen: Leid het koelmiddel om een controleerbare faseverandering (koken) in het microkanaal te ondergaan en gebruik de latente verdampingswarmte om de warmtedissipatielimiet aanzienlijk te verhogen.
Samenvatting
Samenvattend zijn er verschillende methoden voor warmteafvoer voor lasers, van eenvoudige natuurlijke koeling tot complexe en geavanceerde compressorkoeling en diverse nieuwe hoog{0}}efficiënte warmteafvoertechnologieën, die een compleet technisch systeem vormen. Bij praktische toepassingen moet een uitgebreide afweging en selectie worden gemaakt op basis van factoren zoals het vermogensniveau van de laser, de structurele vorm, prestatie-eisen, gebruiksomgeving en kostenbudget. Naarmate de lasertechnologie zich ontwikkelt in de richting van een hoger vermogen, een hogere helderheid en een kleiner formaat, zal de ontwikkeling van efficiëntere, compactere en betrouwbaardere oplossingen voor warmteafvoer een belangrijk onderzoeksonderwerp op het gebied van lasertechnologie blijven en een belangrijke garantie voor het bevorderen van een bredere toepassing van lasers in verschillende industrieën.
