Når laseren virker, når elektrisk energi eller andre former for energi omdannes til lysenergi, vil der uundgåeligt blive genereret en stor mængde varme. Hvis denne varme ikke kan spredes rettidigt og effektivt, vil det få laserens temperatur til at stige, hvilket vil påvirke dens udgangseffekt, strålekvalitet, bølgelængdestabilitet og kan endda beskadige laserchippen og interne optiske komponenter. Derfor er effektiv og pålidelig varmeafledning en af nøgleteknologierne til at sikre stabil laserydelse og forlænge dens levetid. Med den kontinuerlige forbedring af laserkraft og udvidelsen af anvendelsesområder fortsætter varmeafledningsteknologien med at udvikle og innovere. Det følgende vil introducere flere vigtigste laser varmeafledningsmetoder og deres egenskaber.
1960-1970
I de tidlige dage af laserudvikling var udgangseffekten generelt lav (watt-niveau og derunder). Denne fase er hovedsageligt afhængig af naturlig konvektion og strålingsvarmeafledning, og strukturen er enkel og pålidelig. Da styrken af kontinuerlige bølgegaslasere (som f.eks. CO₂-lasere) og tidlige faststoflasere steg til titusinder af watt, begyndte man at anvende simpel tvungen luftkølingsteknologi. Ved at tilføje en blæser til laserhuset og bruge tvungen konvektion af luft til at fjerne varme, er dette det første skridt i at flytte varmeafledningsteknologien fra passiv til aktiv.
1980-1990
Det cirkulerende vandkølesystem blev standardkonfigurationen for høj-effektlasere i denne periode. Forskning fokuserer på optimering af koldpladestrømningskanaldesign, forbedring af vandkvaliteten (f.eks. deionisering) for at forhindre afskalning og korrosion og udvikling af effektive eksterne varmevekslere (f.eks. køletårne, tørkølere). På dette stadium er præcisionstemperaturstyringssystemer til kompressorkøling også begyndt at blive brugt til halvlederpumpekilder, der er ekstremt følsomme over for temperatur- og videnskabelige forskningslasere-, der kræver lav støj.
2000'erne til i dag
Forskningsgrænsen skifter til mere effektiv faseændringskøleteknologi:
Spray-køling: Ved at forstøve og sprøjte kølevæsken på overfladen af varmekilden, ved at bruge dråbepåvirkning og latent varme fra faseændring til at fjerne en stor mængde varme, har laboratoriet opnået en varmeafledningskapacitet på mere end 1000W/cm².
Mikrokanalkogningskøling: Før kølevæsken til at gennemgå en kontrollerbar faseændring (kogning) i mikrokanalen, og brug den latente fordampningsvarme til at øge varmespredningsgrænsen kraftigt.
Oversigt
For at opsummere er der forskellige varmeafledningsmetoder til lasere, fra simpel naturlig køling til kompleks og sofistikeret kompressorkøling og forskellige nye højeffektive varmeafledningsteknologier, der danner et komplet teknisk system. I praktiske applikationer skal der foretages omfattende overvejelser og valg baseret på faktorer som laserens effektniveau, strukturelle form, ydeevnekrav, brugsmiljø og omkostningsbudget. Efterhånden som laserteknologien udvikler sig mod højere effekt, højere lysstyrke og mindre størrelse, vil udviklingen af mere effektive, mere kompakte og mere pålidelige varmeafledningsløsninger fortsat være et vigtigt forskningsemne inden for laserteknologi og en nøglegaranti for at fremme bredere anvendelse af lasere i forskellige industrier.
