Cuando el láser está funcionando, cuando la energía eléctrica u otras formas de energía se convierten en energía luminosa, inevitablemente se generará una gran cantidad de calor. Si este calor no se puede disipar de manera oportuna y efectiva, hará que la temperatura del láser aumente, lo que afectará su potencia de salida, la calidad del haz, la estabilidad de la longitud de onda e incluso puede dañar el chip láser y los componentes ópticos internos. Por lo tanto, la disipación de calor eficiente y confiable es una de las tecnologías clave para garantizar un rendimiento estable del láser y extender su vida útil. Con la mejora continua de la potencia del láser y la expansión de los campos de aplicación, la tecnología de disipación de calor continúa desarrollándose e innovando. A continuación se presentarán varios métodos principales de disipación de calor por láser y sus características.
1960-1970
En los primeros días del desarrollo del láser, la potencia de salida era generalmente baja (nivel de vatios e inferior). Esta etapa se basa principalmente en la convección natural y la disipación de calor por radiación, y la estructura es simple y confiable. A medida que la potencia de los láseres de gas de onda continua (CW) (como los láseres de CO₂) y los primeros láseres de estado sólido-aumentó a decenas de vatios, se empezó a aplicar una tecnología sencilla de refrigeración por aire forzado. Al agregar un ventilador a la carcasa del láser y utilizar convección forzada de aire para eliminar el calor, este es el primer paso para pasar la tecnología de disipación de calor de pasiva a activa.
1980-1990
El sistema de refrigeración por agua circulante se convirtió en la configuración estándar de los láseres de alta-potencia durante este período. La investigación se centra en optimizar el diseño del canal de flujo de placa fría, mejorar la calidad del agua (p. ej., desionización) para evitar incrustaciones y corrosión, y desarrollar intercambiadores de calor externos eficientes (p. ej., torres de enfriamiento, enfriadores secos). En esta etapa, los sistemas de control de temperatura de precisión para la refrigeración por compresores también han comenzado a usarse para fuentes de bombas semiconductoras que son extremadamente sensibles a la temperatura y láseres de grado de investigación científica- que requieren poco ruido.
2000 hasta el presente
La frontera de la investigación se desplaza hacia una tecnología de enfriamiento de cambio de fase más eficiente:
Enfriamiento por aspersión: al atomizar y rociar el refrigerante sobre la superficie de la fuente de calor, utilizando el impacto de las gotas y el calor latente de cambio de fase para eliminar una gran cantidad de calor, el laboratorio ha logrado una capacidad de disipación de calor de más de 1000 W/cm².
Enfriamiento por ebullición por microcanal: guíe el refrigerante para que experimente un cambio de fase controlable (ebullición) en el microcanal y utilice el calor latente de vaporización para aumentar en gran medida el límite de disipación de calor.
Resumen
En resumen, existen varios métodos de disipación de calor para láseres, desde el simple enfriamiento natural hasta la compleja y sofisticada refrigeración por compresor y varias tecnologías nuevas de disipación de calor de alta-eficiencia, que forman un sistema técnico completo. En aplicaciones prácticas, es necesario realizar una consideración y selección exhaustivas en función de factores como el nivel de potencia del láser, la forma estructural, los requisitos de rendimiento, el entorno de uso y el presupuesto de costos. A medida que la tecnología láser avanza hacia una mayor potencia, mayor brillo y menor tamaño, el desarrollo de soluciones de disipación de calor más eficientes, más compactas y más confiables seguirá siendo un tema de investigación importante en el campo de la tecnología láser y una garantía clave para promover una aplicación más amplia de los láseres en diversas industrias.
