레이저가 작동할 때 전기에너지나 다른 형태의 에너지가 빛에너지로 변환되면 필연적으로 많은 양의 열이 발생하게 됩니다. 이 열을 적시에 효과적으로 방출할 수 없으면 레이저 온도가 상승하여 출력 전력, 빔 품질, 파장 안정성에 영향을 미치고 레이저 칩과 내부 광학 부품이 손상될 수도 있습니다. 따라서 효율적이고 안정적인 열 방출은 안정적인 레이저 성능을 보장하고 서비스 수명을 연장하는 핵심 기술 중 하나입니다. 레이저 출력의 지속적인 개선과 응용 분야의 확장으로 방열 기술은 계속해서 발전하고 혁신하고 있습니다. 다음은 몇 가지 주요 레이저 방열 방법과 그 특성을 소개합니다.
1960-1970
레이저 개발 초기에는 출력 전력이 일반적으로 낮았습니다(와트 수준 이하). 이 단계는 주로 자연 대류와 복사열 방출에 의존하며 구조가 간단하고 안정적입니다. 연속파(CW) 가스 레이저(예: CO2 레이저)와 초기 고체{2}}레이저의 출력이 수십 와트로 증가하면서 간단한 강제 공기 냉각 기술이 적용되기 시작했습니다. 레이저 케이스에 팬을 추가하고 공기의 강제 대류를 사용하여 열을 제거함으로써 이는 열 방출 기술을 수동형에서 능동형으로 전환하는 첫 번째 단계입니다.
1980-1990
순환 수냉식 시스템은 이 기간 동안 고출력 레이저의 표준 구성이 되었습니다.- 연구는 냉각판 흐름 채널 설계 최적화, 수질 개선(예: 탈이온화)으로 스케일링 및 부식 방지, 효율적인 외부 열 교환기(예: 냉각탑, 건식 냉각기) 개발에 중점을 두고 있습니다. 이 단계에서는 온도에 매우 민감한 반도체 펌프 소스와 낮은 소음이 요구되는 과학 연구-등급 레이저에도 압축기 냉동을 위한 정밀 온도 제어 시스템이 사용되기 시작했습니다.
2000년대~현재
연구 분야는 보다 효율적인 상변화 냉각 기술로 전환됩니다.
분무 냉각: 냉각수를 열원 표면에 분무하고 분무하고, 액적 충격과 상 변화 잠열을 사용하여 많은 양의 열을 제거함으로써 실험실에서는 1000W/cm² 이상의 방열 용량을 달성했습니다.
마이크로채널 비등 냉각: 냉각제가 마이크로채널에서 제어 가능한 상 변화(비등)를 겪도록 안내하고 증발 잠열을 사용하여 열 방출 한계를 크게 높입니다.
요약
정리하자면, 단순한 자연 냉각부터 복잡하고 정교한 압축기 냉동에 이르기까지 레이저의 다양한 방열 방법과 다양한 새로운 고효율 방열 기술이 있어 완전한 기술 시스템을 구성합니다. 실제 적용에서는 레이저의 출력 수준, 구조 형태, 성능 요구 사항, 사용 환경, 비용 예산 등의 요소를 기반으로 포괄적인 고려와 선택이 이루어져야 합니다. 레이저 기술이 더 높은 출력, 더 높은 밝기, 더 작은 크기로 발전함에 따라 더 효율적이고 더 작고 더 안정적인 열 방출 솔루션의 개발은 계속해서 레이저 기술 분야의 중요한 연구 주제가 될 것이며 다양한 산업에서 레이저의 더 넓은 적용을 촉진하기 위한 핵심 보장이 될 것입니다.
