Когато лазерът работи, когато електрическата енергия или други форми на енергия се преобразуват в светлинна енергия, неизбежно ще се генерира голямо количество топлина. Ако тази топлина не може да бъде разсеяна своевременно и ефективно, това ще доведе до повишаване на температурата на лазера, което ще повлияе на неговата изходна мощност, качеството на лъча, стабилността на дължината на вълната и дори може да повреди лазерния чип и вътрешните оптични компоненти. Следователно, ефективното и надеждно разсейване на топлината е една от ключовите технологии за осигуряване на стабилна работа на лазера и удължаване на експлоатационния му живот. С непрекъснатото подобряване на мощността на лазера и разширяването на полетата на приложение, технологията за разсейване на топлината продължава да се развива и обновява. По-долу ще бъдат представени няколко основни лазерни метода за разсейване на топлината и техните характеристики.
1960-1970
В ранните дни на разработването на лазера изходната мощност обикновено беше ниска (ниво на ватове и по-ниско). Този етап разчита главно на естествена конвекция и разсейване на топлината от радиация, а структурата е проста и надеждна. Тъй като мощността на газовите лазери с непрекъсната вълна (CW) (като CO₂ лазери) и ранните твърдотелни -лазери се увеличи до десетки вата, започна да се прилага проста технология за принудително въздушно охлаждане. Чрез добавяне на вентилатор към корпуса на лазера и използване на принудителна конвекция на въздуха за отстраняване на топлината, това е първата стъпка в преместването на технологията за разсейване на топлината от пасивна към активна.
1980-1990
Системата за охлаждане с циркулираща вода се превърна в стандартната конфигурация на високо{0}}мощните лазери през този период. Изследванията се фокусират върху оптимизирането на дизайна на канала за потока на студената плоча, подобряването на качеството на водата (напр. дейонизация) за предотвратяване на котлен камък и корозия и разработването на ефективни външни топлообменници (напр. охладителни кули, сухи охладители). На този етап прецизните системи за контрол на температурата за компресорно охлаждане също започнаха да се използват за полупроводникови помпени източници, които са изключително чувствителни към температура, и лазери с научноизследователски-клас, които изискват нисък шум.
2000 г. до днес
Изследователската граница се измества към по-ефективна технология за охлаждане с промяна на фазата:
Охлаждане със спрей: Чрез пулверизиране и пръскане на охлаждащата течност върху повърхността на източника на топлина, използвайки удара на капките и латентната топлина на промяна на фазата за отстраняване на голямо количество топлина, лабораторията е постигнала капацитет на разсейване на топлина от повече от 1000 W/cm².
Микроканално кипящо охлаждане: Насочвайте охлаждащата течност да претърпи контролируема фазова промяна (кипене) в микроканала и използвайте латентната топлина на изпарение, за да увеличите значително границата на разсейване на топлината.
Резюме
За да обобщим, съществуват различни методи за разсейване на топлината за лазери, от просто естествено охлаждане до сложно и усъвършенствано компресорно охлаждане и различни нови високо-ефективни технологии за разсейване на топлината, образуващи цялостна техническа система. В практическите приложения трябва да се направи цялостно разглеждане и избор въз основа на фактори като ниво на мощност на лазера, структурна форма, изисквания за производителност, среда на използване и бюджет на разходите. Тъй като лазерната технология се развива към по-висока мощност, по-висока яркост и по-малък размер, разработването на по-ефективни, по-компактни и по-надеждни решения за разсейване на топлината ще продължи да бъде важна изследователска тема в областта на лазерната технология и ключова гаранция за насърчаване на по-широкото приложение на лазерите в различни индустрии.
