Lorsque le laser fonctionne, lorsque l'énergie électrique ou d'autres formes d'énergie sont converties en énergie lumineuse, une grande quantité de chaleur sera inévitablement générée. Si cette chaleur ne peut pas être dissipée de manière rapide et efficace, la température du laser augmentera, ce qui affectera sa puissance de sortie, la qualité du faisceau, la stabilité de la longueur d'onde et pourrait même endommager la puce laser et les composants optiques internes. Par conséquent, une dissipation thermique efficace et fiable est l’une des technologies clés pour garantir des performances laser stables et prolonger sa durée de vie. Avec l’amélioration continue de la puissance laser et l’expansion des domaines d’application, la technologie de dissipation thermique continue de se développer et d’innover. Ce qui suit présentera plusieurs méthodes principales de dissipation thermique laser et leurs caractéristiques.
1960-1970
Au début du développement du laser, la puissance de sortie était généralement faible (niveau en watt et moins). Cette étape repose principalement sur la convection naturelle et la dissipation thermique par rayonnement, et la structure est simple et fiable. À mesure que la puissance des lasers à gaz à ondes continues (CW) (tels que les lasers CO₂) et des premiers lasers à semi-conducteurs -a augmenté jusqu'à plusieurs dizaines de watts, une technologie simple de refroidissement par air forcé a commencé à être appliquée. En ajoutant un ventilateur au boîtier du laser et en utilisant la convection forcée de l'air pour éliminer la chaleur, il s'agit de la première étape vers le passage de la technologie de dissipation thermique de passive à active.
1980-1990
Le système de refroidissement par eau en circulation est devenu la configuration standard des lasers-haute puissance au cours de cette période. La recherche se concentre sur l'optimisation de la conception des canaux d'écoulement à plaques froides, l'amélioration de la qualité de l'eau (par exemple, la désionisation) pour prévenir le tartre et la corrosion, et le développement d'échangeurs de chaleur externes efficaces (par exemple, les tours de refroidissement, les refroidisseurs à sec). À ce stade, des systèmes de contrôle de température de précision pour la réfrigération par compresseur ont également commencé à être utilisés pour les sources de pompes à semi-conducteurs extrêmement sensibles à la température et les lasers de qualité recherche scientifique-qui nécessitent un faible bruit.
Années 2000 à aujourd'hui
La frontière de la recherche se déplace vers une technologie de refroidissement à changement de phase plus efficace :
Refroidissement par pulvérisation : en atomisant et en pulvérisant le liquide de refroidissement sur la surface de la source de chaleur, en utilisant l'impact de gouttelettes et la chaleur latente du changement de phase pour éliminer une grande quantité de chaleur, le laboratoire a atteint une capacité de dissipation thermique de plus de 1 000 W/cm².
Refroidissement par ébullition par microcanal : guidez le liquide de refroidissement pour qu'il subisse un changement de phase contrôlable (ébullition) dans le microcanal et utilisez la chaleur latente de vaporisation pour augmenter considérablement la limite de dissipation thermique.
Résumé
En résumé, il existe différentes méthodes de dissipation thermique pour les lasers, du simple refroidissement naturel à la réfrigération par compresseur complexe et sophistiquée, en passant par diverses nouvelles technologies de dissipation thermique-à haut rendement, formant un système technique complet. Dans les applications pratiques, une considération et une sélection approfondies doivent être effectuées en fonction de facteurs tels que le niveau de puissance du laser, la forme structurelle, les exigences de performances, l'environnement d'utilisation et le budget. À mesure que la technologie laser évolue vers une puissance plus élevée, une luminosité plus élevée et une taille plus petite, le développement de solutions de dissipation thermique plus efficaces, plus compactes et plus fiables continuera à être un sujet de recherche important dans le domaine de la technologie laser et une garantie clé pour promouvoir une application plus large des lasers dans diverses industries.
