Когато работите с лазер, само част от електрическата енергия, осигурена от лазерния драйвер, се преобразува в светлинна енергия. Останалата част се преобразува в топлинна енергия и натрупването на топлинна енергия създава редица проблеми за лазерната система като цяло и за лазера в частност.
Във вашата лазерна настройка системата за контрол на температурата отговаря за управлението на топлината, генерирана от работата на лазера. В допълнение към температурния контролер, внимателният избор на лазерна стойка, която е подходяща за приложението, е от решаващо значение за здравата лазерна система.
В крайна сметка, най-належащата грижа по отношение на контрола на температурата е, че температурните вариации могат да повлияят на качеството на лазера, особено на дължината на вълната. Ако не се контролира, прегряването може също да повреди излъчващата повърхност на лазера, намалявайки качеството и количеството на произведената светлина.
Двете основни стратегии за разсейване на топлината, генерирана от лазерите, се наричат пасивно охлаждане и активно охлаждане. В допълнение, тази статия ще опише нетрадиционни методи за термично управление за приложения с висока мощност и приложения, които изискват нагреваеми лазерни стойки.
Пасивно охлаждане
Пасивните радиатори отвеждат топлината от лазера и я разсейват в околния въздух (Фигура 1). Тъй като този тип лазерен монтаж е просто голям радиатор, температурата на монтажа и температурата на лазера неизбежно ще се повишат. Пасивно охлажданите лазерни стойки са проектирани така, че повишаването на температурата да става постепенно и предвидим начин.
Топлинната производителност на такава стойка се оценява като термично съпротивление в "CN. Тази оценка показва степента на повишаване на температурата в лазерната стойка за всеки ват отпадна топлина, генерирана от лазера, в градуси по Целзий.
Вентилаторът ще подобри топлинните характеристики на лазерна стойка с пасивно охлаждане. Обикновено производителите предоставят оценки за лазерни стойки със и без допълнителни вентилатори. Дори и с вентилатори, производителността и диапазонът на мощността на пасивните радиатори са ограничени до приложения с ниска до средна мощност или приложения, при които са приемливи по-високи работни температури.
Активно охлаждане
Активното охлаждане е по-всеобхватен и комплексен подход към управлението на топлината. Устройство, наречено охладител на Пелтие, е вградено в лазерната стойка или директно в лазерния пакет,
Устройството на Пелтие, известно още като термоелектрически охладител (TEC), е малка, плоска, топлопроводима керамика, която използва захранване, подавано от температурен контролер, за да охлади една от повърхностите си, докато нагрява противоположната повърхност. Лазерната стойка е отговорна да действа като радиатор от едната страна на устройството на Пелтие. Другата страна на устройството на Пелтие се прилага върху алуминиева или медна студена плоча, която контактува с корпуса на лазерния пакет.
За да завърши контролната верига, температурен сензор осигурява обратен сигнал към температурния регулатор, който регулира мощността, подадена към устройството на Пелтие. В много случаи лазерната стойка ще бъде оборудвана и с вентилатор за максимизиране на топлинната ефективност.
Топлинната производителност на активно охлаждана лазерна стойка се нарича топлинен капацитет и се оценява във ватове. Тази оценка показва количеството топлинна мощност, която лазерната стойка може да поеме, като същевременно поддържа стабилна температура. Тази оценка обикновено се прилага, когато температурата на студената плоча на стойката съвпада с температурата на околната среда. За отдалечени производители често могат да предоставят криви на топлинна ефективност като функция на температурата на плочата.
Струва си да се отбележи, че лазерните стойки, оборудвани с устройства на Пелтие, ще могат да се нагряват и охлаждат. Това позволява по-бързо стабилизиране и време за реакция. Освен това, ако характеризирате производителността на LED или лазерно устройство, тази функция може също да позволи на системата да бъде стабилна както над, така и под температурата на околната среда. Тъй като изходната дължина на вълната е свързана с температурата на лазера, това също осигурява удобен начин за прецизен контрол на оптичните характеристики на лазера.
Функционални съображения за избор на монтаж
Освен основния въпрос за адекватен топлинен капацитет, има три функционални области, които влияят върху полезността на лазерната стойка. Това са топлопроводимост, гъвкавост на снопа и механичен монтаж на лазера.
Топлинната проводимост на лазерната стойка, особено на студената плоча, е важен аспект на дизайна. Докато алуминият е подходящ за някои приложения, предпочитаният материал за студената плоча е медта. Медта има по-добри топлинни свойства от други материали и ще осигури по-равномерна температура в студената плоча.
За оптимална гъвкавост помислете за гъвкавостта на кабелния сноп, вграден в държача и, като допълнение, в лазерния драйвер и температурния контролер. В идеалния случай производителят трябва да осигури стандартни предварително направени кабели от инструмента до лазерния държач. Когато свързвате лазер към лазер, връзката трябва да е лесна за осъществяване и промяна с помощта на кабелни клеми или друг прост метод. Запоените връзки или съединителите, които изискват продължително време за настройка, са по-малко желани.
Същият принцип важи и за механичната връзка между лазера и държача. От само себе си трябва да се разбира, че тази връзка трябва да осигурява добър термичен интерфейс. В допълнение, той трябва да осигури лесно разкачаща се връзка и известна степен на гъвкавост за различни лазерни пакети. Някои производители ще предложат адаптивни студени плочи, които ви позволяват да посочите желания модел на монтажните отвори.
Системи с висока мощност
Отвъд лазерните държачи с вградени вентилатори и охладители на Пелтие, управлението на по-високи нива на топлинна мощност става по-предизвикателно. Ако стойка с въздушно охлаждане се окаже недостатъчна, следващата опция е стойка с водно охлаждане (Фигура 3). Водата значително увеличава топлинния капацитет за сметка на сложността и отзивчивостта.
Въпреки че плочите с водно охлаждане са ефективни при пренос на големи количества топлина, има няколко недостатъка. Първо, зададената температура трябва да е между точките на кипене и точката на замръзване на водата. Второ, водните системи изискват охладители, помпи, персонализирани лазерни стойки и водопроводни инсталации, което ще увеличи времето за настройка и разходите. Трето, някои водни системи могат да имат граница на грешка от няколко десети от градуса и не реагират бързо на температурни промени. Това може да не е подходящо за приложения с висока точност.
За да се подобри точността на водните системи, хибридните системи, които комбинират TEC с водно охлаждани лазерни стойки, работят добре. Тази система разчита на TEC за фин контрол на температурата и използва система за водно охлаждане за бързо разсейване на топлината. Този подход е често срещан при високомощни лазерни приложения, които изискват добра температурна стабилност.
Високотемпературни системи
Както бе споменато по-рано в тази статия, възможностите за нагряване на устройство на Пелтие може да са полезни, ако характеризирате производителността на устройство в диапазон от температури или работите с приложения, които изискват по-високи температури, като например светодиоди. По-високите температури на монтиране изискват различни видове температурни сензори и TECs, подходящи за работа при висока температура, така че обсъдете вашето приложение с производителя на лазерния монтаж. Някои лазерни стойки също съдържат резистивни нагреватели, въпреки че това разположение очевидно е подходящо само за приложения само за отопление. В този случай, докато температурният контролер може да захранва резистивния нагревател, останалата част от системата за термично управление може да остане непроменена.
Заключение
Изборът на правилната скоба за вашата лазерна система ще спести време и усилия, като същевременно ще подобри цялостната производителност. В допълнение към решението за използване на пасивно или активно охлаждане, обърнете специално внимание на други характеристики на лазерната скоба. Лекотата на инсталиране, гъвкавите електрически връзки и добрият избор на материали са важни фактори, които трябва да имате предвид. В крайна сметка най-добрият начин на действие може да бъде да се обадите директно на производителя и да зададете въпроси относно работата на стойката за тяхното конкретно приложение.
Препечатано от: Photon Bit
Забележка: Авторските права върху статията принадлежат на оригиналния автор. Тази статия е само за комуникационни и учебни цели. Ако има проблеми с авторските права, моля, уведомете ни и ние ще се справим с тях своевременно.
