Kada upravljate laserom, samo se dio električne energije koju daje laserski pokretač pretvara u svjetlosnu energiju. Ostatak se pretvara u toplinsku energiju, a nakupljanje toplinske energije predstavlja niz problema za laserski sustav općenito, a posebno za laser.
U postavkama vašeg lasera, sustav kontrole temperature odgovoran je za upravljanje toplinom koju stvara rad lasera. Osim regulatora temperature, pažljiv odabir laserskog nosača koji je prikladan za primjenu ključan je za robustan laserski sustav.
U konačnici, najhitnija briga u vezi s kontrolom temperature je da temperaturne varijacije mogu utjecati na kvalitetu lasera, posebice na valnu duljinu. Ako se ne kontrolira, pregrijavanje također može oštetiti emitirajuću površinu lasera, smanjujući kvalitetu i količinu proizvedenog svjetla.
Dvije osnovne strategije za odvođenje topline koju stvaraju laseri nazivaju se pasivno i aktivno hlađenje. Osim toga, ovaj će članak opisati netradicionalne metode upravljanja toplinom za aplikacije velike snage i aplikacije koje zahtijevaju grijane laserske nosače.
Pasivno hlađenje
Pasivni hladnjaki odvode toplinu od lasera i raspršuju je u okolni zrak (Slika 1). Budući da je ova vrsta laserskog nosača jednostavno veliki hladnjak, temperatura nosača i temperatura lasera neizbježno će se povećati. Pasivno hlađeni laserski nosači dizajnirani su tako da se povećanje temperature događa na postupan i predvidljiv način.
Toplinska izvedba takvog nosača ocijenjena je kao toplinski otpor, u "CN. Ova ocjena označava količinu porasta temperature u laserskom nosaču za svaki vat otpadne topline koju generira laser, u stupnjevima Celzija.
Ventilator će poboljšati toplinsku izvedbu pasivno hlađenog laserskog nosača. Obično proizvođači daju ocjene za laserske nosače sa i bez pomoćnih ventilatora. Čak i s ventilatorima, performanse i raspon snage pasivnih hladnjaka ograničeni su na aplikacije niske do srednje snage ili aplikacije u kojima su prihvatljive više radne temperature.
Aktivno hlađenje
Aktivno hlađenje je sveobuhvatniji i složeniji pristup upravljanju toplinom. Uređaj koji se zove Peltier hladnjak ugrađen je u laserski nosač ili izravno u laserski paket,
Peltierov uređaj, također poznat kao termoelektrični hladnjak (TEC), mala je, ravna, toplinski vodljiva keramika koja koristi snagu koju dobiva regulator temperature za hlađenje jedne od svojih površina dok zagrijava suprotnu površinu. Laserski nosač je odgovoran za djelovanje kao hladnjak na jednoj strani Peltierovog uređaja. Druga strana Peltierovog uređaja postavlja se na aluminijsku ili bakrenu hladnu ploču koja dolazi u kontakt s kućištem laserskog paketa.
Za dovršetak kontrolne petlje, senzor temperature daje povratni signal regulatoru temperature, koji regulira snagu koja se dovodi Peltier uređaju. U mnogim slučajevima, laserski nosač također će biti opremljen ventilatorom kako bi se maksimizirala toplinska učinkovitost.
Toplinska izvedba aktivno hlađenog laserskog nosača naziva se toplinski kapacitet i ocjenjuje se u vatima. Ova ocjena označava količinu toplinske snage koju laserski nosač može apsorbirati uz održavanje stabilne temperature. Ova ocjena općenito se primjenjuje kada temperatura hladne ploče nosača odgovara temperaturi okoline. Za daljinski Proizvođači često mogu pružiti krivulje toplinske učinkovitosti kao funkciju temperature ploče.
Vrijedno je napomenuti da će se laserski nosači opremljeni Peltier uređajima moći grijati i hladiti. To omogućuje bržu stabilizaciju i vrijeme odziva. Osim toga, ako karakterizirate izvedbu LED ili laserskog uređaja, ova značajka također može omogućiti da sustav bude stabilan i iznad i ispod temperature okoline. Budući da je izlazna valna duljina povezana s temperaturom lasera, ovo također pruža prikladan način za preciznu kontrolu optičkih performansi lasera.
Funkcionalna razmatranja za odabir nosača
Osim osnovnog pitanja odgovarajućeg toplinskog kapaciteta, postoje tri funkcionalna područja koja utječu na korisnost laserskog nosača. To su toplinska vodljivost, fleksibilnost pojasa i mehanička montaža lasera.
Toplinska vodljivost laserskog nosača, posebno hladne ploče, važan je aspekt dizajna. Dok je aluminij prikladan za neke primjene, preferirani materijal za hladnu ploču je bakar. Bakar ima bolja toplinska svojstva od drugih materijala i omogućit će ujednačeniju temperaturu na hladnoj ploči.
Za optimalnu svestranost, uzmite u obzir fleksibilnost kabelskog svežnja ugrađenog u držač i, kao proširenje, u laserski pogon i regulator temperature. U idealnom slučaju, proizvođač bi trebao osigurati standardne unaprijed izrađene kabele od instrumenta do držača lasera. Prilikom spajanja lasera na laser, veza bi trebala biti jednostavna za uspostavljanje i promjenu, korištenjem žičanih terminala ili neke druge jednostavne metode. Lemljeni priključci ili priključci koji zahtijevaju duže vrijeme postavljanja manje su poželjni.
Isti princip vrijedi i za mehaničku vezu između lasera i držača. Podrazumijeva se da bi ova veza trebala osigurati dobro toplinsko sučelje. Osim toga, trebao bi omogućiti vezu koja se lako odvaja i određeni stupanj svestranosti za razne laserske pakete. Neki će proizvođači ponuditi prilagodljive hladne ploče koje vam omogućuju da odredite željeni uzorak otvora za montažu.
Sustavi velike snage
Osim laserskih držača s integriranim ventilatorima i Peltierovim hladnjacima, upravljanje višim razinama toplinske snage postaje izazovnije. Ako se nosač sa zračnim hlađenjem pokaže nedovoljnim, sljedeća opcija je nosač s vodenim hlađenjem (Slika 3). Voda uvelike povećava toplinski kapacitet na račun složenosti i odziva.
Iako su vodeno hlađene ploče učinkovite u prijenosu velikih količina topline, postoji nekoliko nedostataka. Prvo, vaša zadana temperatura mora biti između točke ključanja i točke smrzavanja vode. Drugo, vodovodni sustavi zahtijevaju rashladne uređaje, pumpe, prilagođene laserske nosače i vodovod, što će povećati vrijeme postavljanja i troškove. Treće, neki vodovodni sustavi mogu imati marginu pogreške od nekoliko desetinki stupnja i ne reagiraju brzo na promjene temperature. Ovo možda nije prikladno za visokoprecizne primjene.
Kako bi se poboljšala točnost vodenih sustava, dobro funkcioniraju hibridni sustavi koji kombiniraju TEC s vodeno hlađenim laserskim nosačima. Ovaj sustav se oslanja na TEC za finu kontrolu temperature i koristi sustav vodenog hlađenja za brzo odvođenje topline. Ovaj pristup je uobičajen u laserskim aplikacijama velike snage koje zahtijevaju dobru temperaturnu stabilnost.
Visokotemperaturni sustavi
Kao što je ranije spomenuto u ovom članku, mogućnosti grijanja Peltierovog uređaja mogu biti korisne ako karakterizirate izvedbu uređaja u rasponu temperatura ili radite s aplikacijama koje zahtijevaju više temperature, kao što su LED diode. Više temperature montiranja zahtijevaju različite vrste temperaturnih senzora i TEC-ova koji su prikladni za rad na visokim temperaturama, pa raspravite svoju primjenu s proizvođačem laserskih nosača. Neki laserski nosači također sadrže otporne grijače, iako je ovaj raspored očito prikladan samo za primjene samo za grijanje. U ovom slučaju, sve dok regulator temperature može napajati otporni grijač, ostatak sustava upravljanja toplinom može ostati nepromijenjen.
Zaključak
Odabir pravog nosača za vaš laserski sustav uštedjet će vrijeme i trud dok će poboljšati ukupnu učinkovitost. Uz odluku o pasivnom ili aktivnom hlađenju, posebnu pozornost obratite i na ostale karakteristike laserskog nosača. Jednostavnost postavljanja, fleksibilni električni priključci i dobar odabir materijala važni su čimbenici koje treba uzeti u obzir. Na kraju, najbolje bi bilo izravno nazvati proizvođača i postaviti pitanja o izvedbi nosača za njihovu specifičnu primjenu.
Prepisano iz: Photon Bit
Napomena: Autorska prava na članak pripadaju izvornom autoru. Ovaj je članak samo u svrhu komunikacije i učenja. Ako postoje problemi s autorskim pravima, molimo da nas obavijestite i mi ćemo to riješiti na vrijeme.
