Amikor a lézer működik, amikor az elektromos energiát vagy más energiaformákat fényenergiává alakítják, elkerülhetetlenül nagy mennyiségű hő keletkezik. Ha ezt a hőt nem lehet időben és hatékonyan elvezetni, akkor a lézer hőmérséklete megemelkedik, ami befolyásolja a kimeneti teljesítményét, a sugár minőségét, a hullámhossz stabilitását, és akár károsíthatja a lézerchipet és a belső optikai alkatrészeket is. Ezért a hatékony és megbízható hőelvezetés az egyik kulcsfontosságú technológia a stabil lézerteljesítmény biztosításához és élettartamának meghosszabbításához. A lézerteljesítmény folyamatos fejlesztésével és az alkalmazási területek bővülésével a hőelvezetési technológia folyamatosan fejlődik és újul. Az alábbiakban bemutatunk néhány főbb lézeres hőelvezetési módszert és azok jellemzőit.
1960-1970
A lézerfejlesztés korai napjaiban a kimeneti teljesítmény általában alacsony volt (watt szint és az alatt). Ez a szakasz elsősorban a természetes konvekción és a sugárzásos hőleadáson alapul, a szerkezet egyszerű és megbízható. Ahogy a folyamatos hullámú (CW) gázlézerek (például a CO₂ lézerek) és a korai szilárdtestlézerek teljesítménye több tíz wattra nőtt, az egyszerű léghűtéses technológiát elkezdték alkalmazni. Egy ventilátor hozzáadásával a lézerházhoz és a levegő kényszerített konvekciójával a hő eltávolításához ez az első lépés a hőelvezetési technológia passzívból aktívba való átállításában.
1980-1990
Ebben az időszakban a keringető vízhűtő rendszer a nagy teljesítményű lézerek szabványos konfigurációjává vált-. A kutatás a hideglemezes áramlási csatorna tervezésének optimalizálására, a vízminőség javítására (pl. ionmentesítés) a vízkőképződés és a korrózió megelőzésére, valamint hatékony külső hőcserélők (pl. hűtőtornyok, szárazhűtők) fejlesztésére összpontosít. Ebben a szakaszban a kompresszoros hűtéshez használt precíziós hőmérséklet-szabályozó rendszereket olyan félvezető szivattyús forrásokhoz is elkezdték használni, amelyek rendkívül érzékenyek a hőmérsékletre, valamint az alacsony zajszintet igénylő tudományos kutatási minőségű lézerekhez.
2000-es évek a mai napig
A kutatás határa a hatékonyabb fázisváltós hűtési technológia felé tolódik el:
Porlasztásos hűtés: A hűtőközeg porlasztásával és a hőforrás felületére történő permetezésével, cseppütéssel és a fázisváltás látens hőjével nagy mennyiségű hő eltávolítására a laboratórium több mint 1000 W/cm² hőleadó képességet ért el.
Mikrocsatornás forráshűtés: Vezesse a hűtőfolyadékot szabályozható fázisváltozáson (forraláson) a mikrocsatornában, és használja a párolgási hőt a hőleadás határának nagymértékű növelésére.
Összegzés
Összefoglalva, a lézerek számára különféle hőelvezetési módszerek léteznek, az egyszerű természetes hűtéstől a bonyolult és kifinomult kompresszoros hűtésig és különféle új, nagy hatékonyságú{0}}hőelvezetési technológiákig, amelyek egy teljes műszaki rendszert alkotnak. A gyakorlati alkalmazásokban átfogó mérlegelést és kiválasztást kell végezni olyan tényezők alapján, mint a lézer teljesítményszintje, szerkezeti formája, teljesítménykövetelményei, használati környezet és költségkeret. Ahogy a lézertechnológia a nagyobb teljesítmény, nagyobb fényerő és kisebb méret irányába fejlődik, a hatékonyabb, kompaktabb és megbízhatóbb hőelvezetési megoldások fejlesztése továbbra is fontos kutatási téma marad a lézertechnológia területén, és kulcsfontosságú garanciát jelent a lézerek szélesebb körű alkalmazásának elősegítésére a különböző iparágakban.
