Під час роботи лазера, коли електрична енергія або інші форми енергії перетворюються на енергію світла, неминуче виділяється велика кількість тепла. Якщо це тепло не можна розсіяти своєчасно та ефективно, це призведе до підвищення температури лазера, що вплине на його вихідну потужність, якість променя, стабільність довжини хвилі та навіть може пошкодити лазерний чіп і внутрішні оптичні компоненти. Тому ефективне та надійне розсіювання тепла є однією з ключових технологій для забезпечення стабільної роботи лазера та продовження терміну його служби. З постійним удосконаленням потужності лазера та розширенням сфер застосування технологія розсіювання тепла продовжує розвиватися та впроваджувати інновації. Далі буде представлено кілька основних методів лазерного розсіювання тепла та їхні характеристики.
1960-1970
На початку розробки лазера вихідна потужність, як правило, була низькою (рівень ват і нижче). Цей етап в основному покладається на природну конвекцію та розсіювання тепла випромінюванням, а конструкція проста та надійна. Коли потужність газових лазерів безперервної хвилі (таких як CO₂-лазери) і перших твердотільних-лазерів зросла до десятків ват, почали застосовувати просту технологію примусового повітряного охолодження. Завдяки додаванню вентилятора до корпусу лазера та використанню примусової конвекції повітря для видалення тепла, це перший крок у переході технології розсіювання тепла від пасивної до активної.
1980-1990
У цей період система охолодження з циркулюючою водою стала стандартною конфігурацією високо-потужних лазерів. Дослідження зосереджені на оптимізації конструкції каналу потоку холодної пластини, покращенні якості води (наприклад, деіонізація) для запобігання утворенню накипу та корозії та розробці ефективних зовнішніх теплообмінників (наприклад, градирень, сухих охолоджувачів). На цьому етапі прецизійні системи контролю температури для компресорного холодильного обладнання також почали використовуватися для напівпровідникових джерел насоса, які надзвичайно чутливі до температури, і науково-дослідницьких-лазерів, які потребують низького рівня шуму.
2000-х до теперішнього часу
Кордон досліджень зсувається до більш ефективної технології охолодження зі зміною фаз:
Розпилювальне охолодження: шляхом розпилення та розпилення охолоджуючої рідини на поверхню джерела тепла, використовуючи удар крапель і приховану теплоту зміни фази для видалення великої кількості тепла, лабораторія досягла потужності розсіювання тепла понад 1000 Вт/см².
Мікроканальне кипляче охолодження: направляйте охолоджуючу рідину на контрольовану фазову зміну (кипіння) у мікроканалі та використовуйте приховану теплоту випаровування, щоб значно збільшити межу розсіювання тепла.
Резюме
Підводячи підсумок, можна сказати, що існують різні методи розсіювання тепла для лазерів, від простого природного охолодження до складного та складного компресорного охолодження та різноманітних нових високо-технологій розсіювання тепла, які утворюють повну технічну систему. У практичних застосуваннях потрібно всебічно розглядати та вибирати на основі таких факторів, як рівень потужності лазера, структурна форма, вимоги до продуктивності, середовище використання та бюджет витрат. Оскільки лазерна технологія розвивається в напрямку більшої потужності, більшої яскравості та меншого розміру, розробка ефективніших, компактніших і надійніших рішень для розсіювання тепла й надалі залишатиметься важливою темою досліджень у галузі лазерних технологій і ключовою гарантією сприяння більш широкому застосуванню лазерів у різних галузях промисловості.
