Wenn der Laser arbeitet und elektrische Energie oder andere Energieformen in Lichtenergie umgewandelt werden, entsteht zwangsläufig eine große Wärmemenge. Wenn diese Wärme nicht rechtzeitig und effektiv abgeführt werden kann, steigt die Temperatur des Lasers, was sich auf seine Ausgangsleistung, Strahlqualität und Wellenlängenstabilität auswirkt und möglicherweise sogar den Laserchip und die internen optischen Komponenten beschädigt. Daher ist eine effiziente und zuverlässige Wärmeableitung eine der Schlüsseltechnologien, um eine stabile Laserleistung zu gewährleisten und die Lebensdauer zu verlängern. Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Laserleistung und der Erweiterung der Anwendungsbereiche entwickelt sich die Wärmeableitungstechnologie weiter und ist innovativ. Im Folgenden werden einige der wichtigsten Laser-Wärmeableitungsmethoden und ihre Eigenschaften vorgestellt.
1960-1970
In den Anfängen der Laserentwicklung war die Ausgangsleistung im Allgemeinen niedrig (Watt-Niveau und darunter). Diese Stufe beruht hauptsächlich auf natürlicher Konvektion und Strahlungswärmeableitung, und die Struktur ist einfach und zuverlässig. Als die Leistung von Dauerstrich-Gaslasern (CW) (z. B. CO₂-Lasern) und frühen Festkörperlasern auf mehrere zehn Watt anstieg, begann man mit der Anwendung einfacher Zwangsluftkühlungstechnologie. Durch den Einbau eines Lüfters in das Lasergehäuse und die Nutzung erzwungener Luftkonvektion zur Wärmeabfuhr ist dies der erste Schritt bei der Umstellung der Wärmeableitungstechnologie von passiv auf aktiv.
1980-1990
Das Umlaufwasserkühlsystem wurde in dieser Zeit zur Standardkonfiguration von Hochleistungslasern. Die Forschung konzentriert sich auf die Optimierung des Kühlplatten-Strömungskanaldesigns, die Verbesserung der Wasserqualität (z. B. Entionisierung) zur Verhinderung von Ablagerungen und Korrosion sowie die Entwicklung effizienter externer Wärmetauscher (z. B. Kühltürme, Trockenkühler). In diesem Stadium werden Präzisionstemperaturkontrollsysteme für die Kompressorkühlung auch für Halbleiterpumpquellen eingesetzt, die extrem temperaturempfindlich sind, sowie für wissenschaftliche Forschungslaser, die einen geringen Geräuschpegel erfordern.
2000er bis heute
Die Forschungsgrenze verschiebt sich hin zu einer effizienteren Phasenwechsel-Kühltechnologie:
Sprühkühlung: Durch Zerstäuben und Sprühen des Kühlmittels auf die Oberfläche der Wärmequelle, wobei Tröpfchenaufprall und latente Wärme des Phasenwechsels genutzt werden, um eine große Wärmemenge abzuleiten, hat das Labor eine Wärmeableitungskapazität von mehr als 1000 W/cm² erreicht.
Mikrokanal-Siedekühlung: Führen Sie das Kühlmittel zu einem kontrollierbaren Phasenwechsel (Sieden) im Mikrokanal und nutzen Sie die latente Verdampfungswärme, um die Wärmeableitungsgrenze erheblich zu erhöhen.
Zusammenfassung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es für Laser verschiedene Wärmeableitungsmethoden gibt, von der einfachen natürlichen Kühlung bis hin zur komplexen und hochentwickelten Kompressorkühlung und verschiedenen neuen hocheffizienten Wärmeableitungstechnologien, die ein komplettes technisches System bilden. Bei praktischen Anwendungen müssen umfassende Überlegungen und Auswahl auf der Grundlage von Faktoren wie der Leistungsstufe des Lasers, der Strukturform, den Leistungsanforderungen, der Nutzungsumgebung und dem Kostenbudget getroffen werden. Da sich die Lasertechnologie in Richtung höherer Leistung, höherer Helligkeit und kleinerer Größe weiterentwickelt, wird die Entwicklung effizienterer, kompakterer und zuverlässigerer Wärmeableitungslösungen weiterhin ein wichtiges Forschungsthema auf dem Gebiet der Lasertechnologie und ein wichtiger Garant für die Förderung einer breiteren Anwendung von Lasern in verschiedenen Branchen sein.
