هنگامی که لیزر را کار می کنید، تنها بخشی از توان الکتریکی ارائه شده توسط درایور لیزر به انرژی نور تبدیل می شود. بقیه به انرژی گرمایی تبدیل میشود و تجمع انرژی گرمایی مشکلاتی را برای سیستم لیزر به طور کلی و لیزر به طور خاص ایجاد میکند.
در راه اندازی لیزر شما، سیستم کنترل دما مسئول مدیریت گرمای تولید شده توسط لیزر است. علاوه بر کنترل کننده دما، انتخاب دقیق یک پایه لیزری مناسب برای کاربرد برای یک سیستم لیزر قوی بسیار مهم است.
در نهایت، مهم ترین نگرانی در مورد کنترل دما این است که تغییرات دما می تواند بر کیفیت لیزر، به ویژه طول موج تأثیر بگذارد. اگر کنترل نشود، گرمای بیش از حد می تواند به صفحه تابشی لیزر نیز آسیب برساند و کیفیت و کمیت نور تولید شده را کاهش دهد.
دو استراتژی اساسی برای دفع گرمای تولید شده توسط لیزر، خنک کننده غیرفعال و خنک کننده فعال نامیده می شوند. علاوه بر این، این مقاله روشهای مدیریت حرارتی غیر سنتی را برای کاربردهای پرقدرت و کاربردهایی که نیاز به پایههای لیزری گرم دارند، شرح میدهد.
خنک کننده غیرفعال
هیت سینک های غیرفعال گرما را از لیزر دور می کنند و آن را در هوای محیط پخش می کنند (شکل 1). از آنجایی که این نوع پایه لیزری به سادگی یک هیت سینک بزرگ است، دمای نصب و دمای لیزر به طور اجتناب ناپذیری افزایش می یابد. پایه های لیزری با خنک کننده غیرفعال به گونه ای طراحی شده اند که افزایش دما به صورت تدریجی و قابل پیش بینی اتفاق می افتد.
عملکرد حرارتی چنین پایهای به عنوان مقاومت حرارتی درجهبندی میشود، در CN این رتبهبندی میزان افزایش دما در پایه لیزر را برای هر وات گرمای اتلاف تولید شده توسط لیزر، بر حسب درجه سانتیگراد نشان میدهد.
یک فن عملکرد حرارتی پایه لیزری با خنک کننده غیرفعال را بهبود می بخشد. به طور معمول، سازندگان برای پایه های لیزری با و بدون فن های کمکی رتبه بندی می کنند. حتی با وجود فن ها، محدوده عملکرد و توان هیت سینک های غیرفعال به کاربردهای کم تا متوسط یا کاربردهایی که دمای عملیاتی بالاتر قابل قبول است محدود می شود.
خنک کننده فعال
خنک کاری فعال یک رویکرد جامع تر و پیچیده تر برای مدیریت حرارتی است. دستگاهی به نام کولر Peltier در پایه لیزر یا مستقیماً در بسته لیزری تعبیه شده است.
دستگاه پلتیر که به عنوان خنک کننده ترموالکتریک (TEC) نیز شناخته می شود، یک سرامیک کوچک، مسطح و رسانای حرارتی است که از نیروی تامین شده توسط یک کنترل کننده دما برای خنک کردن یکی از سطوح خود در حالی که سطح مقابل را گرم می کند، استفاده می کند. پایه لیزری وظیفه دارد به عنوان یک هیت سینک در یک طرف دستگاه Peltier عمل کند. طرف دیگر دستگاه پلتیر روی یک صفحه سرد آلومینیومی یا مسی اعمال می شود که با محفظه بسته لیزری تماس دارد.
برای تکمیل حلقه کنترل، یک سنسور دما یک سیگنال بازخورد را به کنترل کننده دما ارائه می دهد، که برق عرضه شده به دستگاه Peltier را تنظیم می کند. در بسیاری از موارد، پایه لیزری مجهز به فن نیز خواهد بود تا عملکرد حرارتی را به حداکثر برساند.
عملکرد حرارتی پایه لیزری که به طور فعال خنک می شود، ظرفیت حرارتی نامیده می شود و بر حسب وات رتبه بندی می شود. این درجه بندی میزان توان حرارتی را که پایه لیزر می تواند جذب کند در حالی که دمای ثابتی را حفظ می کند، نشان می دهد. این درجه بندی معمولاً زمانی اعمال می شود که دمای صفحه سرد مانت با دمای محیط مطابقت داشته باشد. برای از راه دور، تولیدکنندگان اغلب می توانند منحنی های عملکرد حرارتی را به عنوان تابعی از دمای صفحه ارائه دهند.
شایان ذکر است که پایه های لیزری مجهز به دستگاه های پلتیر قابلیت گرم شدن و خنک شدن را خواهند داشت. این امکان تثبیت و زمان پاسخ سریعتر را فراهم می کند. علاوه بر این، اگر عملکرد یک دستگاه LED یا لیزر را مشخص میکنید، این ویژگی همچنین میتواند به سیستم اجازه دهد هم در دمای بالا و هم پایینتر از محیط پایدار باشد. از آنجایی که طول موج خروجی به دمای لیزر مربوط می شود، این نیز راه مناسبی برای کنترل دقیق عملکرد نوری لیزر فراهم می کند.
ملاحظات عملکردی برای انتخاب کوه
فراتر از موضوع اصلی ظرفیت حرارتی کافی، سه ناحیه کاربردی وجود دارد که بر سودمندی یک پایه لیزری تأثیر میگذارند. اینها هدایت حرارتی، انعطاف پذیری مهار، و نصب مکانیکی لیزر هستند.
هدایت حرارتی پایه لیزر، به ویژه صفحه سرد یک جنبه طراحی مهم است. در حالی که آلومینیوم برای برخی کاربردها کافی است، ماده ترجیحی برای صفحه سرد مس است. مس خواص حرارتی بهتری نسبت به سایر مواد دارد و دمای یکنواخت تری را در سراسر صفحه سرد فراهم می کند.
برای تطبیق پذیری بهینه، انعطافپذیری دسته سیم تعبیه شده در نگهدارنده و در نتیجه در درایور لیزر و کنترلکننده دما را در نظر بگیرید. در حالت ایدهآل، سازنده باید کابلهای استاندارد از پیش ساخته شده را از دستگاه به نگهدارنده لیزر ارائه دهد. هنگام اتصال لیزر به لیزر، اتصال باید با استفاده از ترمینال های سیمی یا روش های ساده دیگر به راحتی ایجاد و تغییر کند. اتصالات لحیم کاری شده یا کانکتورهایی که به زمان راه اندازی طولانی نیاز دارند، چندان مطلوب نیستند.
همین اصل در مورد اتصال مکانیکی بین لیزر و نگهدارنده نیز صدق می کند. ناگفته نماند که این اتصال باید رابط حرارتی خوبی را ارائه دهد. علاوه بر این، باید اتصال به راحتی قابل جدا شدن و درجه ای از تطبیق پذیری را برای انواع بسته های لیزر فراهم کند. برخی از تولید کنندگان صفحات سرد قابل تنظیم را ارائه می دهند که به شما امکان می دهد الگوی سوراخ نصب مورد نظر را مشخص کنید.
سیستم های پرقدرت
فراتر از نگهدارنده های لیزری با فن های یکپارچه و خنک کننده های Peltier، مدیریت سطوح بالاتر خروجی حرارتی چالش برانگیزتر می شود. اگر ثابت شود که یک پایه هوا خنک کافی نیست، گزینه بعدی یک پایه خنک کننده با آب است (شکل 3). آب ظرفیت گرمایی را به بهای پیچیدگی و پاسخگویی بسیار افزایش می دهد.
در حالی که صفحات خنک شده با آب در انتقال مقادیر زیادی گرما موثر هستند، چندین اشکال وجود دارد. ابتدا، نقطه تنظیم دمای شما باید بین نقطه جوش و انجماد آب باشد. دوم، سیستم های آب به چیلر، پمپ، پایه لیزری سفارشی و لوله کشی نیاز دارند که زمان و هزینه راه اندازی را افزایش می دهد. سوم، برخی از سیستم های آبی می توانند حاشیه خطای چند دهم درجه داشته باشند و به سرعت به تغییرات دما واکنش نشان ندهند. این ممکن است برای کاربردهای با دقت بالا مناسب نباشد.
برای بهبود دقت سیستم های آب، سیستم های هیبریدی که TEC ها را با پایه های لیزری خنک شونده با آب ترکیب می کنند، به خوبی کار می کنند. این سیستم برای کنترل دمای خوب به TEC متکی است و از یک سیستم خنک کننده آب برای دفع سریع گرما استفاده می کند. این رویکرد در کاربردهای لیزر پرقدرت که به پایداری دمایی خوب نیاز دارند رایج است.
سیستم های با دمای بالا
همانطور که قبلاً در این مقاله ذکر شد، در صورتی که عملکرد دستگاه را در محدوده دما مشخص میکنید، یا با برنامههایی کار میکنید که نیاز به دمای بالاتری دارند، مانند LED، قابلیتهای گرمایش دستگاه Peltier ممکن است مفید باشد. دمای نصب بالاتر به انواع مختلفی از سنسورهای دما و TEC های مناسب برای عملکرد در دمای بالا نیاز دارد، بنابراین کاربرد خود را با سازنده پایه لیزر در میان بگذارید. برخی از پایههای لیزری نیز حاوی گرمکنهای مقاومتی هستند، اگرچه این ترتیب بدیهی است که فقط برای کاربردهای گرمایشی مناسب است. در این حالت، تا زمانی که کنترل کننده دما بتواند بخاری مقاومتی را تغذیه کند، بقیه سیستم مدیریت حرارتی می تواند بدون تغییر باقی بماند.
نتیجه گیری
انتخاب براکت مناسب برای سیستم لیزر شما در زمان و تلاش صرفه جویی می کند و در عین حال عملکرد کلی را بهبود می بخشد. علاوه بر تصمیم به استفاده از خنک کننده غیرفعال یا فعال، به سایر ویژگی های براکت لیزر نیز توجه ویژه ای داشته باشید. سهولت نصب، اتصالات الکتریکی انعطاف پذیر و انتخاب خوب مواد از عوامل مهمی هستند که باید در نظر گرفته شوند. در پایان، بهترین اقدام ممکن است تماس مستقیم با سازنده و پرسیدن سوالاتی در مورد عملکرد پایه برای کاربرد خاص آنها باشد.
تجدید چاپ از: فوتون بیت
توجه: حق چاپ مقاله متعلق به نویسنده اصلی می باشد. این مقاله فقط برای اهداف ارتباطی و یادگیری است. در صورت وجود هرگونه مشکل کپی رایت، لطفاً به ما اطلاع دهید و ما به موقع با آن برخورد خواهیم کرد.
