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激光器性能不稳定?试试解决下散热问题

2017-04-05 21:18:36      点击:

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水冷散热

  水冷散热一般采用去离子水作为传热介质,是目前高功率激光器的主要散热手段。例如用于激光加工的高功率CO2激光器,其电光转换效率约为15%~25%,工作过程约有75%~85%的能量使工作气体发热。

  除此之外,为了避免工作气体裂化影响激光输出功率,采用循环泵使气体在激光器流道腔内快速流动,也会引起气体发热。

  由于高功率CO2激光器散热量大,需要在激光器气体循环流道内安装热交换器。热交换器通过与冷水机连接形成冷却水循环系统进行热量交换以保证激光器内工作气体的温度。

采用水冷散热的高功率CO2激光器


     水冷散热方式也应用在对温度以及振动要求严格的气体激光器中。某些特殊应用中会对激光器频率稳定性有特殊要求,但是激光频率对工作介质温度及激光器振动等因素响应灵敏,因此在此类应用中需采用水冷散热方式,通过高精度冷水机控制冷却水温度,通过合理设计散热器及优化冷却水流量将振动冲击降低至符合使用要求的条件下,实现对激光器的散热。

  水冷散热方法需要外配水冷机,激光器功率越大所需水冷机的制冷量越大,这导致激光器系统的重量和体积过大。

因此,采用水冷散热的激光器不适用于在对体积、重量有严苛要求的环境中

IPG公司大功率激光器及其水冷机实物图

 

      其他的水冷系统有:

北京赫斯远大科技有限公司水冷机

上海诺冷冷暖设备有限公司涡旋式水冷箱式冷水机

 

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风冷散热 

    风冷散热一般以气体作为传热介质,通过风扇高速转动,强制气体快速流动,带走激光器工作时产生的热量,以实现对激光器散热。

  与水冷散热系统相比,风冷散热系统无需外配冷却设备,可与激光器采用集成化设计,因此具有体积小、重量轻、结构简单等优点,广泛应用在输出中、小功率的激光器产品。因此,在激光器设计时还要考虑对风扇进行隔振处理

    其他风冷激光器

芷云光电(上海)有限公司氩离子激光器

北京思通博远激光科技有限公司亚纳秒激光器

 

 

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 相变制冷散热 

    相变制冷散热是基于介质在相变过程中吸热而其自身温度保持不变这一属性对激光器进行散热。

  热管是相变制冷技术的代表产品。热管管壳采用金属材料,管内加入适当的工作液,工作液在热管的蒸发段吸收潜热蒸发,蒸气经绝热段流向冷凝段,工作液蒸气释放潜热,凝结为液体回流至蒸发段。热管安装在激光器内部热源等关键区域,通常与风冷散热配合,将内部产生的热量定向、高效地传导至激光器外壳以实现散热。

  根据热管内部结构不同分为带有吸液芯的热管和重力热管,带有吸液芯的热管制造成本较高,重力热管虽然成本低,但是对安装方式有严苛要求。

 因此,需要根据激光器的用途、结构和使用环境选择合适的热管。

  激光器技术的发展对散热系统提出了更艰巨的挑战,传统、单一的方法已经很难满足激光器散热的需求,将多种散热方式融合,优化散热器结构,以及采用高导热性能的新材料、新元器件等方法也越多越多的应用到激光器中以提高散热效率。