Kun käytät laseria, vain osa laserohjaimen sähkötehosta muunnetaan valoenergiaksi. Loput muunnetaan lämpöenergiaksi, ja lämpöenergian kertyminen aiheuttaa useita ongelmia laserjärjestelmälle yleensä ja laserille erityisesti.
Laserasetuksissasi lämpötilan säätöjärjestelmä on vastuussa laserin toiminnan tuottaman lämmön hallinnasta. Lämpötilansäätimen lisäksi sovellukseen sopivan laserkiinnikkeen huolellinen valinta on kriittinen kestävälle laserjärjestelmälle.
Viime kädessä kaikkein kiireellisin huolenaihe lämpötilan hallinnassa on, että lämpötilan vaihtelut voivat vaikuttaa laserin laatuun, erityisesti aallonpituuteen. Jos sitä ei valvota, ylikuumeneminen voi myös vahingoittaa laserin säteilevää pintaa ja heikentää tuotetun valon laatua ja määrää.
Kaksi perusstrategiaa laserien tuottaman lämmön haihduttamiseen ovat passiivinen jäähdytys ja aktiivinen jäähdytys. Lisäksi tässä artikkelissa kuvataan ei-perinteisiä lämmönhallintamenetelmiä suuritehoisille sovelluksille ja sovelluksille, jotka vaativat lämmitettyä laserkiinnitystä.
Passiivinen jäähdytys
Passiiviset jäähdytyselementit johtavat lämpöä pois laserista ja haihduttavat sen ympäröivään ilmaan (kuva 1). Koska tämäntyyppinen laserkiinnitys on yksinkertaisesti suuri jäähdytyselementti, asennuslämpötila ja laserin lämpötila nousevat väistämättä. Passiivisesti jäähdytetyt laserkiinnikkeet on suunniteltu siten, että lämpötilan nousu tapahtuu asteittain ja ennustettavasti.
Tällaisen telineen lämpösuorituskyky on luokiteltu lämpövastukseksi "CN Tämä luokitus ilmaisee laserkiinnikkeen lämpötilan nousun kutakin laserin tuottamaa hukkalämmön wattia kohden Celsius-asteina.
Tuuletin parantaa passiivisesti jäähdytetyn lasertelineen lämpötehoa. Tyypillisesti valmistajat antavat luokitukset laserkiinnikkeille aputuulettimilla tai ilman. Jopa puhaltimia käytettäessä passiivisten jäähdytyslevyjen suorituskyky ja tehoalue on rajoitettu pieni- tai keskitehoisiin sovelluksiin tai sovelluksiin, joissa korkeammat käyttölämpötilat ovat hyväksyttäviä.
Aktiivinen jäähdytys
Aktiivinen jäähdytys on kattavampi ja monimutkaisempi lähestymistapa lämmönhallintaan. Peltier-jäähdytin on sisäänrakennettu laserkiinnikkeeseen tai suoraan laserpakettiin,
Peltier-laite, joka tunnetaan myös nimellä termosähköinen jäähdytin (TEC), on pieni, litteä, lämpöä johtava keramiikka, joka käyttää lämpötilansäätimen syöttämää tehoa jäähdyttämään yhtä pintaansa samalla kun lämmittää vastakkaista pintaa. Laserkiinnike toimii jäähdytyselementtinä Peltier-laitteen toisella puolella. Peltier-laitteen toinen puoli asetetaan alumiini- tai kuparikylmälevylle, joka koskettaa laserpakkauksen koteloa.
Ohjaussilmukan täydentämiseksi lämpötila-anturi antaa palautesignaalin lämpötilansäätimelle, joka säätelee Peltier-laitteen tehoa. Monissa tapauksissa laserkiinnitys on varustettu myös tuulettimella maksimoimaan lämmön suorituskyvyn.
Aktiivisesti jäähdytetyn lasertelineen lämpötehoa kutsutaan lämpökapasiteetiksi, ja se ilmoitetaan watteina. Tämä arvo ilmaisee lämpötehon määrän, jonka laserkiinnike voi absorboida säilyttäen samalla vakaan lämpötilan. Tämä luokitus on yleensä voimassa, kun telineen kylmälevyn lämpötila vastaa ympäristön lämpötilaa. Etäkäyttöä varten Valmistajat voivat usein tarjota lämpötehokäyriä levyn lämpötilan funktiona.
On syytä huomata, että Peltier-laitteilla varustetut laserkiinnikkeet voidaan lämmittää ja jäähdyttää. Tämä mahdollistaa nopeamman stabiloinnin ja vasteajan. Lisäksi, jos luonnehdit LED- tai laserlaitteen suorituskykyä, tämä ominaisuus voi myös mahdollistaa järjestelmän olevan vakaa sekä ympäristön lämpötilan ylä- että alapuolella. Koska lähtöaallonpituus liittyy laserin lämpötilaan, tämä tarjoaa myös kätevän tavan ohjata tarkasti laserin optista suorituskykyä.
Toiminnalliset näkökohdat kiinnityksen valinnassa
Riittävän lämpökapasiteetin peruskysymyksen lisäksi on kolme toiminnallista aluetta, jotka vaikuttavat lasertelineen käyttökelpoisuuteen. Näitä ovat lämmönjohtavuus, valjaiden joustavuus ja laserin mekaaninen asennus.
Lasertelineen, erityisesti kylmälevyn, lämmönjohtavuus on tärkeä suunnittelunäkökohta. Vaikka alumiini riittää joihinkin sovelluksiin, suositeltava materiaali kylmälevylle on kupari. Kuparilla on paremmat lämpöominaisuudet kuin muilla materiaaleilla, ja se tarjoaa tasaisemman lämpötilan kylmälevylle.
Optimaalisen monipuolisuuden saavuttamiseksi harkitse pitimeen ja laajemmin laserohjaimeen ja lämpötilansäätimeen sisäänrakennetun johtosarjan joustavuutta. Ihannetapauksessa valmistajan tulisi toimittaa vakiomuotoiset valmiit kaapelit instrumentista laserpidikkeeseen. Kun kytketään laser laseriin, liitännän tulee olla helppo tehdä ja muuttaa käyttämällä johtoliittimiä tai muuta yksinkertaista menetelmää. Juotetut liitännät tai liittimet, jotka vaativat pitkää asennusaikaa, ovat vähemmän toivottavia.
Sama periaate koskee laserin ja pidikkeen välistä mekaanista yhteyttä. On sanomattakin selvää, että tämän yhteyden pitäisi tarjota hyvä lämpöliitäntä. Lisäksi sen pitäisi tarjota helposti irrotettava liitäntä ja tietty monipuolisuus erilaisille laserpakkauksille. Jotkut valmistajat tarjoavat mukautettavia kylmälevyjä, joiden avulla voit määrittää halutun kiinnitysreikien kuvion.
Suuritehoiset järjestelmät
Integroiduilla tuulettimilla ja Peltier-jäähdyttimillä varustettujen lasertelineiden lisäksi korkeamman lämpötehon hallinta on entistä haastavampaa. Jos ilmajäähdytteinen teline osoittautuu riittämättömäksi, seuraava vaihtoehto on vesijäähdytteinen kiinnitys (kuva 3). Vesi lisää suuresti lämpökapasiteettia monimutkaisuuden ja herkkyyden kustannuksella.
Vaikka vesijäähdytteiset levyt siirtävät tehokkaasti suuria lämpömääriä, niillä on useita haittoja. Ensinnäkin lämpötilan asetusarvon on oltava veden kiehumis- ja jäätymispisteiden välillä. Toiseksi vesijärjestelmät vaativat jäähdyttimiä, pumppuja, mukautettuja laserkiinnikkeitä ja putkistoa, mikä lisää asennusaikaa ja kustannuksia. Kolmanneksi joidenkin vesijärjestelmien virhemarginaali voi olla muutaman asteen kymmenesosa, eivätkä ne reagoi nopeasti lämpötilan muutoksiin. Tämä ei ehkä sovellu erittäin tarkkoihin sovelluksiin.
Vesijärjestelmien tarkkuuden parantamiseksi hybridijärjestelmät, jotka yhdistävät TEC:t vesijäähdytteisten laserkiinnikkeiden kanssa, toimivat hyvin. Tämä järjestelmä luottaa TEC:hen hienon lämpötilan säätöön ja käyttää vesijäähdytysjärjestelmää lämmön nopeaan hajauttamiseen. Tämä lähestymistapa on yleinen suuritehoisissa lasersovelluksissa, jotka vaativat hyvää lämpötilan stabiilisuutta.
Korkean lämpötilan järjestelmät
Kuten aiemmin mainittiin tässä artikkelissa, Peltier-laitteen lämmitysominaisuudet voivat olla hyödyllisiä, jos luonnehdit laitteen suorituskykyä eri lämpötiloissa tai työskentelet korkeampia lämpötiloja vaativien sovellusten, kuten LEDien, kanssa. Korkeammat asennuslämpötilat vaativat erityyppisiä lämpötila-antureita ja TEC-antureita, jotka soveltuvat korkeaan lämpötilaan, joten keskustele sovelluksestasi lasertelineen valmistajan kanssa. Jotkut laserkiinnikkeet sisältävät myös resistiivisiä lämmittimiä, vaikka tämä järjestely soveltuu tietysti vain lämmityssovelluksiin. Tässä tapauksessa niin kauan kuin lämpötilansäädin voi syöttää resistiivistä lämmitintä, muu lämmönhallintajärjestelmä voi pysyä muuttumattomana.
Johtopäätös
Oikean kannakkeen valitseminen laserjärjestelmällesi säästää aikaa ja vaivaa ja parantaa yleistä suorituskykyä. Sen lisäksi, että päätät käyttää passiivista tai aktiivista jäähdytystä, kiinnitä erityistä huomiota muihin laserkiinnikkeen ominaisuuksiin. Asennuksen helppous, joustavat sähköliitännät ja hyvä materiaalivalinta ovat tärkeitä huomioitavia tekijöitä. Loppujen lopuksi paras tapa toimia voi olla soittaa suoraan valmistajalle ja kysyä telineen toimivuudesta heidän sovelluksessaan.
Uudelleenpainettu lähteestä: Photon Bit
Huomautus: Artikkelin tekijänoikeudet kuuluvat alkuperäiselle kirjoittajalle. Tämä artikkeli on tarkoitettu vain viestintä- ja oppimistarkoituksiin. Jos sinulla on tekijänoikeusongelmia, ilmoita siitä meille, niin käsittelemme ne ajoissa.
