Quando o laser está funcionando, quando a energia elétrica ou outras formas de energia são convertidas em energia luminosa, uma grande quantidade de calor será inevitavelmente gerada. Se esse calor não puder ser dissipado de maneira oportuna e eficaz, a temperatura do laser aumentará, o que afetará sua potência de saída, qualidade do feixe, estabilidade do comprimento de onda e pode até danificar o chip do laser e os componentes ópticos internos. Portanto, a dissipação de calor eficiente e confiável é uma das principais tecnologias para garantir um desempenho estável do laser e prolongar sua vida útil. Com a melhoria contínua da potência do laser e a expansão dos campos de aplicação, a tecnologia de dissipação de calor continua a se desenvolver e a inovar. A seguir serão apresentados vários métodos principais de dissipação de calor a laser e suas características.
1960-1970
Nos primeiros dias do desenvolvimento do laser, a potência de saída era geralmente baixa (nível de watts e abaixo). Este estágio depende principalmente da convecção natural e da dissipação de calor por radiação, e a estrutura é simples e confiável. À medida que a potência dos lasers de gás de onda contínua (CW) (como os lasers de CO₂) e dos primeiros lasers de estado{2}}sólido aumentou para dezenas de watts, a tecnologia simples de resfriamento por ar forçado começou a ser aplicada. Ao adicionar um ventilador ao invólucro do laser e usar a convecção forçada de ar para remover o calor, este é o primeiro passo para mover a tecnologia de dissipação de calor de passiva para ativa.
1980-1990
O sistema de resfriamento com água circulante tornou-se a configuração padrão dos lasers-de alta potência durante esse período. A pesquisa se concentra na otimização do projeto do canal de fluxo de placas frias, na melhoria da qualidade da água (por exemplo, deionização) para evitar incrustações e corrosão e no desenvolvimento de trocadores de calor externos eficientes (por exemplo, torres de resfriamento, resfriadores secos). Neste estágio, sistemas de controle de temperatura de precisão para refrigeração de compressores também começaram a ser usados para fontes de bombas semicondutoras que são extremamente sensíveis à temperatura e lasers de grau de pesquisa científica-que exigem baixo ruído.
Dos anos 2000 até o presente
A fronteira da pesquisa muda para uma tecnologia de resfriamento com mudança de fase mais eficiente:
Resfriamento por spray: Ao atomizar e pulverizar o refrigerante na superfície da fonte de calor, usando impacto de gotículas e calor latente de mudança de fase para remover uma grande quantidade de calor, o laboratório alcançou uma capacidade de dissipação de calor de mais de 1000W/cm².
Resfriamento por ebulição do microcanal: Guie o refrigerante para passar por uma mudança de fase controlável (ebulição) no microcanal e use o calor latente da vaporização para aumentar significativamente o limite de dissipação de calor.
Resumo
Resumindo, existem vários métodos de dissipação de calor para lasers, desde o simples resfriamento natural até a complexa e sofisticada refrigeração por compressor e várias novas tecnologias de dissipação de calor de alta{0}}eficiência, formando um sistema técnico completo. Em aplicações práticas, a consideração e a seleção abrangentes precisam ser feitas com base em fatores como o nível de potência do laser, a forma estrutural, os requisitos de desempenho, o ambiente de uso e o orçamento de custos. À medida que a tecnologia laser se desenvolve no sentido de maior potência, maior brilho e menor tamanho, o desenvolvimento de soluções de dissipação de calor mais eficientes, mais compactas e mais fiáveis continuará a ser um importante tópico de investigação no campo da tecnologia laser e uma garantia fundamental para promover uma aplicação mais ampla de lasers em diversas indústrias.
