Když laser pracuje, když se elektrická energie nebo jiné formy energie přeměňují na světelnou energii, nevyhnutelně se generuje velké množství tepla. Pokud se toto teplo nepodaří včas a efektivně odvést, způsobí zvýšení teploty laseru, což ovlivní jeho výstupní výkon, kvalitu paprsku, stabilitu vlnové délky a může dokonce poškodit laserový čip a vnitřní optické komponenty. Proto je efektivní a spolehlivý odvod tepla jednou z klíčových technologií pro zajištění stabilního výkonu laseru a prodloužení jeho životnosti. S neustálým zlepšováním výkonu laseru a rozšiřováním aplikačních oblastí se technologie rozptylu tepla neustále vyvíjí a inovuje. Dále bude představeno několik hlavních metod rozptylu tepla laseru a jejich charakteristiky.
1960-1970
V prvních dnech vývoje laseru byl výstupní výkon obecně nízký (úroveň wattů a nižší). Tato fáze se opírá především o přirozenou konvekci a rozptyl tepla sáláním a konstrukce je jednoduchá a spolehlivá. Jak se výkon plynových laserů s kontinuální vlnou (CW) (jako jsou CO₂ lasery) a raných pevnolátkových laserů zvýšil na desítky wattů, začala se používat jednoduchá technologie chlazení vzduchem. Přidáním ventilátoru k plášti laseru a použitím nucené konvekce vzduchu k odstranění tepla se jedná o první krok v posunu technologie rozptylu tepla z pasivní na aktivní.
1980-1990
Systém chlazení cirkulující vody se v tomto období stal standardní konfigurací-laserů s vysokým výkonem. Výzkum se zaměřuje na optimalizaci konstrukce průtokového kanálu studené desky, zlepšování kvality vody (např. deionizace), aby se zabránilo usazování vodního kamene a korozi, a vývoj účinných externích výměníků tepla (např. chladicí věže, suché chladiče). V této fázi se také začaly používat přesné systémy řízení teploty pro kompresorové chlazení pro zdroje polovodičových čerpadel, které jsou extrémně citlivé na teplotu, a lasery vědeckého výzkumu-, které vyžadují nízkou hlučnost.
2000 do současnosti
Hranice výzkumu se posouvá k efektivnější technologii chlazení s fázovou změnou:
Chlazení rozprašováním: Rozprašováním a rozprašováním chladicí kapaliny na povrch zdroje tepla, s využitím dopadu kapiček a latentního tepla fázové změny k odstranění velkého množství tepla, laboratoř dosáhla kapacity rozptylu tepla více než 1000 W/cm².
Mikrokanálové varné chlazení: Veďte chladicí kapalinu tak, aby prošla ovladatelnou fázovou změnou (varem) v mikrokanálu, a využijte latentní teplo výparu k výraznému zvýšení limitu rozptylu tepla.
Shrnutí
Stručně řečeno, pro lasery existují různé metody odvodu tepla, od jednoduchého přirozeného chlazení až po složité a sofistikované kompresorové chlazení a různé nové technologie s vysokou{0}}účinností odvodu tepla, které tvoří kompletní technický systém. V praktických aplikacích je třeba provést komplexní zvážení a výběr na základě faktorů, jako je výkon laseru, konstrukční forma, požadavky na výkon, prostředí použití a rozpočet. Jak se laserová technologie vyvíjí směrem k vyššímu výkonu, vyššímu jasu a menší velikosti, bude vývoj účinnějších, kompaktnějších a spolehlivějších řešení pro odvod tepla i nadále důležitým výzkumným tématem v oblasti laserových technologií a klíčovou zárukou pro podporu širšího uplatnění laserů v různých průmyslových odvětvích.
