Când utilizați un laser, doar o parte din puterea electrică furnizată de driverul laser este convertită în energie luminoasă. Restul este convertit în energie termică, iar acumularea de energie termică prezintă o serie de probleme pentru sistemul laser în general și laser în special.
În configurația laser, sistemul de control al temperaturii este responsabil pentru gestionarea căldurii generate de funcționarea laserului. Pe lângă controlerul de temperatură, pentru un sistem laser robust este esențială selecția atentă a unui suport laser adecvat pentru aplicație.
În cele din urmă, cea mai presantă preocupare în ceea ce privește controlul temperaturii este că variațiile de temperatură pot afecta calitatea laserului, în special lungimea de undă. Dacă nu este controlată, supraîncălzirea poate deteriora și fața emițătoare a laserului, reducând calitatea și cantitatea de lumină produsă.
Cele două strategii de bază pentru disiparea căldurii generate de lasere sunt numite răcire pasivă și răcire activă. În plus, acest articol va descrie metode netradiționale de management termic pentru aplicații de mare putere și aplicații care necesită monturi laser încălzite.
Răcire pasivă
Radiatoarele de căldură pasive conduc căldura departe de laser și o disipează în aerul ambiant (Figura 1). Deoarece acest tip de montură laser este pur și simplu un radiator mare, temperatura monturii și temperatura laserului vor crește inevitabil. Suporturile laser răcite pasiv sunt proiectate astfel încât creșterea temperaturii să aibă loc într-un mod gradual și previzibil.
Performanța termică a unei astfel de monturi este evaluată ca rezistență termică, în „CN Acest rating indică cantitatea de creștere a temperaturii în montura laser pentru fiecare watt de căldură reziduală generată de laser, în grade Celsius.
Un ventilator va îmbunătăți performanța termică a unui suport laser răcit pasiv. De obicei, producătorii oferă evaluări pentru monturile laser cu și fără ventilatoare auxiliare. Chiar și în cazul ventilatoarelor, performanța și gama de putere a radiatoarelor pasive este limitată la aplicații cu putere mică sau medie sau la aplicații în care sunt acceptabile temperaturi de funcționare mai ridicate.
Răcire activă
Răcirea activă este o abordare mai cuprinzătoare și mai complexă a managementului termic. Un dispozitiv numit răcitor Peltier este încorporat în suportul laser sau direct în pachetul laser,
Un dispozitiv Peltier, cunoscut și sub numele de răcitor termoelectric (TEC), este o ceramică mică, plată, conductoare termic, care utilizează puterea furnizată de un regulator de temperatură pentru a răci una dintre suprafețele sale în timp ce încălzirea suprafeței opuse. Suportul laser este responsabil pentru acționarea ca un radiator pe o parte a dispozitivului Peltier. Cealaltă parte a dispozitivului Peltier este aplicată pe o placă rece din aluminiu sau cupru care intră în contact cu carcasa pachetului laser.
Pentru a finaliza bucla de control, un senzor de temperatură oferă un semnal de feedback către controlerul de temperatură, care reglează puterea furnizată dispozitivului Peltier. În multe cazuri, suportul laser va fi echipat și cu un ventilator pentru a maximiza performanța termică.
Performanța termică a unui suport laser răcit activ se numește capacitate termică și este evaluată în wați. Această evaluare indică cantitatea de putere termică pe care o poate absorbi suportul laser, menținând în același timp o temperatură stabilă. Această evaluare se aplică în general atunci când temperatura plăcii rece a monturii se potrivește cu temperatura ambiantă. Pentru distanță Producătorii pot furniza adesea curbe de performanță termică în funcție de temperatura plăcii.
Este de remarcat faptul că monturile laser echipate cu dispozitive Peltier vor putea fi încălzite și răcite. Acest lucru permite stabilizare mai rapidă și timpi de răspuns. În plus, dacă caracterizați performanța unui dispozitiv LED sau laser, această caracteristică poate, de asemenea, permite sistemului să fie stabil atât peste, cât și sub temperatura mediului ambiant. Deoarece lungimea de undă de ieșire este legată de temperatura laserului, aceasta oferă, de asemenea, o modalitate convenabilă de a controla cu precizie performanța optică a laserului.
Considerații funcționale pentru selecția montului
Dincolo de problema de bază a capacității termice adecvate, există trei zone funcționale care afectează utilitatea unei monturi laser. Acestea sunt conductivitatea termică, flexibilitatea cablajului și montarea mecanică a laserului.
Conductivitatea termică a monturii laser, în special a plăcii rece, este un aspect important de proiectare. În timp ce aluminiul este adecvat pentru unele aplicații, materialul preferat pentru placa rece este cuprul. Cuprul are proprietăți termice mai bune decât alte materiale și va oferi o temperatură mai uniformă pe placa rece.
Pentru o versatilitate optimă, luați în considerare flexibilitatea cablajului încorporat în suport și, prin extensie, în driverul laser și controlerul de temperatură. În mod ideal, producătorul ar trebui să furnizeze cabluri standard prefabricate de la instrument la suportul laserului. Atunci când interfațați laser cu laser, conexiunea ar trebui să fie ușor de realizat și schimbat, folosind terminale de cablu sau altă metodă simplă. Conexiunile lipite sau conectorii care necesită timp extins de configurare sunt mai puțin de dorit.
Același principiu se aplică conexiunii mecanice dintre laser și suport. Este de la sine înțeles că această conexiune ar trebui să ofere o interfață termică bună. În plus, ar trebui să ofere o conexiune ușor deconectată și un grad de versatilitate pentru o varietate de pachete laser. Unii producători vor oferi plăci reci personalizabile care vă permit să specificați modelul dorit de găuri de montare.
Sisteme de mare putere
Dincolo de suporturile laser cu ventilatoare integrate și răcitoare Peltier, gestionarea nivelurilor mai ridicate de putere termică devine mai dificilă. Dacă un suport răcit cu aer se dovedește insuficient, următoarea opțiune este un suport răcit cu apă (Figura 3). Apa crește foarte mult capacitatea de căldură în detrimentul complexității și al capacității de răspuns.
În timp ce plăcile răcite cu apă sunt eficiente în transferul de cantități mari de căldură, există mai multe dezavantaje. În primul rând, temperatura de referință trebuie să fie între punctele de fierbere și de îngheț ale apei. În al doilea rând, sistemele de apă necesită răcitoare, pompe, suporturi laser personalizate și instalații sanitare, ceea ce va crește timpul și costul de instalare. În al treilea rând, unele sisteme de apă pot avea o marjă de eroare de câteva zecimi de grad și nu reacționează rapid la schimbările de temperatură. Este posibil să nu fie potrivit pentru aplicații de înaltă precizie.
Pentru a îmbunătăți acuratețea sistemelor de apă, sistemele hibride care combină TEC-uri cu suporturi laser răcite cu apă funcționează bine. Acest sistem se bazează pe TEC pentru controlul fin al temperaturii și folosește un sistem de răcire cu apă pentru a disipa rapid căldura. Această abordare este comună în aplicațiile laser de mare putere care necesită o stabilitate bună la temperatură.
Sisteme de înaltă temperatură
După cum sa menționat mai devreme în acest articol, capacitățile de încălzire ale unui dispozitiv Peltier pot fi utile dacă caracterizați performanța unui dispozitiv pe o gamă de temperaturi sau lucrați cu aplicații care necesită temperaturi mai ridicate, cum ar fi LED-urile. Temperaturile mai mari ale monturii necesită diferite tipuri de senzori de temperatură și TEC-uri potrivite pentru funcționarea la temperatură înaltă, așa că discutați despre aplicația dvs. cu producătorul monturii laser. Unele monturi laser conțin și încălzitoare rezistive, deși acest aranjament este, evident, potrivit doar pentru aplicații de încălzire. În acest caz, atâta timp cât regulatorul de temperatură poate alimenta încălzitorul rezistiv, restul sistemului de management termic poate rămâne neschimbat.
Concluzie
Alegerea suportului potrivit pentru sistemul dumneavoastră laser va economisi timp și efort, în același timp îmbunătățind performanța generală. Pe lângă faptul că decideți să utilizați răcirea pasivă sau activă, acordați o atenție deosebită altor caracteristici ale suportului laser. Ușurința instalării, conexiunile electrice flexibile și selecția bună a materialului sunt factori importanți de luat în considerare. În cele din urmă, cel mai bun curs de acțiune poate fi să sunați direct producătorul și să puneți întrebări despre performanța monturii pentru aplicația lor specifică.
Retipărit din: Photon Bit
Notă: Drepturile de autor ale articolului aparțin autorului original. Acest articol este doar pentru comunicare și învățare. Dacă există probleme legate de drepturile de autor, vă rugăm să ne anunțați și ne vom ocupa în timp util.
