Lāzera darbība: temperatūras kontrole un montāžas izvēle

Darbinot lāzeru, gaismas enerģijā tiek pārveidota tikai daļa no lāzera draivera nodrošinātās elektriskās jaudas. Pārējais tiek pārvērsts siltumenerģijā, un siltumenerģijas uzkrāšanās rada vairākas problēmas lāzera sistēmai kopumā un lāzeram jo īpaši.

Jūsu lāzera iestatījumos temperatūras kontroles sistēma ir atbildīga par lāzera darbības radītā siltuma pārvaldību. Papildus temperatūras regulatoram spēcīgai lāzera sistēmai ir ļoti svarīgi rūpīgi izvēlēties lāzera stiprinājumu, kas ir piemērots lietojumam.

Galu galā vissteidzamākās bažas par temperatūras kontroli ir tādas, ka temperatūras svārstības var ietekmēt lāzera kvalitāti, jo īpaši viļņa garumu. Ja to nekontrolē, pārkaršana var sabojāt arī lāzera izstarojošo virsmu, samazinot radītās gaismas kvalitāti un daudzumu.

Divas pamata stratēģijas lāzeru radītā siltuma izkliedēšanai tiek sauktas par pasīvo dzesēšanu un aktīvo dzesēšanu. Turklāt šajā rakstā tiks aprakstītas netradicionālas siltuma pārvaldības metodes lieljaudas lietojumprogrammām un lietojumprogrammām, kurām nepieciešami apsildāmi lāzera stiprinājumi.

Pasīvā dzesēšana
Pasīvās siltuma izlietnes vada siltumu prom no lāzera un izkliedē to apkārtējā gaisā (1. attēls). Tā kā šāda veida lāzera stiprinājumi ir vienkārši liela siltuma izlietne, stiprinājuma temperatūra un lāzera temperatūra neizbēgami palielināsies. Pasīvi atdzesētie lāzera stiprinājumi ir izstrādāti tā, lai temperatūras paaugstināšanās notiktu pakāpeniski un paredzami.

Šāda stiprinājuma termiskā veiktspēja ir novērtēta kā termiskā pretestība, "CN Šis vērtējums norāda temperatūras paaugstināšanās apjomu lāzera stiprinājumam uz katru lāzera radītā siltuma vatu, grādos pēc Celsija.

Ventilators uzlabos pasīvi atdzesēta lāzera stiprinājuma siltuma veiktspēju. Parasti ražotāji sniedz vērtējumus lāzera stiprinājumiem ar un bez papildu ventilatoriem. Pat ar ventilatoriem pasīvo siltuma izlietņu veiktspēja un jaudas diapazons ir ierobežots ar zemas līdz vidējas jaudas lietojumiem vai lietojumiem, kur ir pieļaujama augstāka darba temperatūra.

Aktīvā dzesēšana
Aktīvā dzesēšana ir visaptverošāka un sarežģītāka pieeja siltuma pārvaldībai. Ierīce, ko sauc par Peltier dzesētāju, ir iebūvēta lāzera stiprinājumā vai tieši lāzera komplektā,

Peltjē ierīce, kas pazīstama arī kā termoelektriskais dzesētājs (TEC), ir maza, plakana, siltumvadoša keramika, kas izmanto temperatūras regulatora piegādāto jaudu, lai atdzesētu vienu no tās virsmām, vienlaikus sildot pretējo virsmu. Lāzera stiprinājums ir atbildīgs par siltuma izlietnes darbību vienā Peltier ierīces pusē. Peltier ierīces otra puse tiek uzklāta uz alumīnija vai vara aukstās plāksnes, kas saskaras ar lāzera pakotnes korpusu.

Lai pabeigtu vadības cilpu, temperatūras sensors nodrošina atgriezeniskās saites signālu temperatūras regulatoram, kas regulē Peltier ierīcei piegādāto jaudu. Daudzos gadījumos lāzera stiprinājums būs aprīkots arī ar ventilatoru, lai palielinātu siltuma veiktspēju.

Aktīvi atdzesēta lāzera stiprinājuma siltuma veiktspēju sauc par termisko jaudu, un tā ir norādīta vatos. Šis vērtējums norāda siltuma jaudas daudzumu, ko lāzera stiprinājums var absorbēt, saglabājot stabilu temperatūru. Šis vērtējums parasti ir spēkā, ja stiprinājuma aukstās plāksnes temperatūra atbilst apkārtējās vides temperatūrai. Attālinātai darbībai Ražotāji bieži var nodrošināt termiskās veiktspējas līknes kā plāksnes temperatūras funkciju.

Ir vērts atzīmēt, ka lāzera stiprinājumus, kas aprīkoti ar Peltier ierīcēm, varēs sildīt un atdzesēt. Tas nodrošina ātrāku stabilizāciju un reakcijas laiku. Turklāt, ja raksturojat LED vai lāzera ierīces veiktspēju, šī funkcija var arī nodrošināt sistēmas stabilitāti gan virs, gan zem apkārtējās vides temperatūras. Tā kā izejas viļņa garums ir saistīts ar lāzera temperatūru, tas nodrošina arī ērtu veidu, kā precīzi kontrolēt lāzera optisko veiktspēju.

Funkcionālie apsvērumi, izvēloties stiprinājumu
Papildus pamatjautājumam par atbilstošu siltuma jaudu, ir trīs funkcionālās jomas, kas ietekmē lāzera stiprinājuma lietderību. Tie ir siltuma vadītspēja, siksnas elastība un lāzera mehāniskā montāža.

Lāzera stiprinājuma, īpaši aukstās plāksnes, siltumvadītspēja ir svarīgs dizaina aspekts. Lai gan alumīnijs ir piemērots dažiem lietojumiem, vēlamais materiāls aukstuma plāksnei ir varš. Vara ir labākas termiskās īpašības nekā citiem materiāliem, un tas nodrošinās vienmērīgāku temperatūru visā aukstuma plāksnē.

Lai nodrošinātu optimālu daudzpusību, apsveriet turētājā un, attiecīgi, lāzera draiverī un temperatūras regulatorā iebūvētās vadu instalācijas elastību. Ideālā gadījumā ražotājam būtu jānodrošina standarta iepriekš izgatavoti kabeļi no instrumenta līdz lāzera turētājam. Savienojot lāzeru ar lāzeru, savienojumam jābūt viegli izveidojamam un maināmam, izmantojot vadu spailes vai kādu citu vienkāršu metodi. Lodēti savienojumi vai savienotāji, kuriem nepieciešams ilgs iestatīšanas laiks, nav tik vēlami.

Tas pats princips attiecas uz mehānisko savienojumu starp lāzeru un turētāju. Pats par sevi saprotams, ka šim savienojumam ir jānodrošina labs termiskais interfeiss. Turklāt tam vajadzētu nodrošināt viegli atvienojamu savienojumu un daudzpusības pakāpi dažādām lāzera pakotnēm. Daži ražotāji piedāvās pielāgojamas aukstuma plāksnes, kas ļauj norādīt vēlamo montāžas caurumu modeli.

Lieljaudas sistēmas
Papildus lāzera turētājiem ar integrētiem ventilatoriem un Peltier dzesētājiem augstāka siltuma jaudas līmeņa pārvaldība kļūst grūtāka. Ja gaisa dzesēšanas stiprinājums izrādās nepietiekams, nākamā iespēja ir ar ūdeni dzesējams stiprinājums (3. attēls). Ūdens ievērojami palielina siltuma jaudu uz sarežģītības un atsaucības rēķina.

Lai gan ar ūdeni dzesējamās plāksnes efektīvi pārnes lielu siltuma daudzumu, tām ir vairāki trūkumi. Pirmkārt, jūsu temperatūras iestatītajai vērtībai jābūt starp ūdens viršanas un sasalšanas punktu. Otrkārt, ūdens sistēmām ir nepieciešami dzesētāji, sūkņi, pielāgoti lāzera stiprinājumi un santehnika, kas palielinās iestatīšanas laiku un izmaksas. Treškārt, dažām ūdens sistēmām var būt dažu grādu desmitdaļu kļūdas robeža, un tās ātri nereaģē uz temperatūras izmaiņām. Tas var nebūt piemērots augstas precizitātes lietojumiem.

Lai uzlabotu ūdens sistēmu precizitāti, labi darbojas hibrīdsistēmas, kas apvieno TEC ar ūdens dzesēšanas lāzera stiprinājumiem. Šī sistēma paļaujas uz TEC precīzai temperatūras kontrolei un izmanto ūdens dzesēšanas sistēmu, lai ātri izkliedētu siltumu. Šī pieeja ir izplatīta lieljaudas lāzera lietojumos, kam nepieciešama laba temperatūras stabilitāte.

Augstas temperatūras sistēmas
Kā minēts iepriekš šajā rakstā, Peltjē ierīces sildīšanas iespējas var būt noderīgas, ja raksturojat ierīces veiktspēju dažādās temperatūru diapazonā vai strādājat ar lietojumprogrammām, kurām nepieciešama augstāka temperatūra, piemēram, LED. Augstākai montāžas temperatūrai ir nepieciešami dažāda veida temperatūras sensori un TEC, kas ir piemēroti darbam augstā temperatūrā, tāpēc apspriediet savu pieteikumu ar lāzera stiprinājuma ražotāju. Dažos lāzera stiprinājumos ir arī pretestības sildītāji, lai gan šis izkārtojums acīmredzami ir piemērots tikai sildīšanai. Šajā gadījumā, kamēr temperatūras regulators var darbināt pretestības sildītāju, pārējā siltuma pārvaldības sistēma var palikt nemainīga.

Secinājums
Izvēloties pareizo kronšteinu savai lāzersistēmai, ietaupīsiet laiku un pūles, vienlaikus uzlabojot kopējo veiktspēju. Papildus lēmumam izmantot pasīvo vai aktīvo dzesēšanu, īpašu uzmanību pievērsiet arī citām lāzera kronšteina funkcijām. Uzstādīšanas vienkāršība, elastīgi elektriskie savienojumi un laba materiālu izvēle ir svarīgi faktori, kas jāņem vērā. Galu galā vislabākais risinājums var būt tieši piezvanīt ražotājam un uzdot jautājumus par stiprinājuma veiktspēju konkrētajam lietojumam.
Pārpublicēts no: Photon Bit
Piezīme: raksta autortiesības pieder sākotnējam autoram. Šis raksts ir paredzēts tikai saziņai un mācībām. Ja ir radušās ar autortiesībām saistītas problēmas, lūdzu, informējiet mūs, un mēs to risināsim savlaicīgi.