Ko laser deluje, ko se električna energija ali druge oblike energije pretvorijo v svetlobno energijo, bo neizogibno proizvedena velika količina toplote. Če te toplote ni mogoče odvesti pravočasno in učinkovito, bo povzročila dvig temperature laserja, kar bo vplivalo na njegovo izhodno moč, kakovost žarka, stabilnost valovne dolžine in lahko celo poškoduje laserski čip in notranje optične komponente. Zato je učinkovito in zanesljivo odvajanje toplote ena ključnih tehnologij za zagotavljanje stabilnega delovanja laserja in podaljšanje njegove življenjske dobe. Z nenehnim izboljševanjem laserske moči in širjenjem področij uporabe se tehnologija odvajanja toplote še naprej razvija in uvaja inovacije. V nadaljevanju bomo predstavili več glavnih metod laserskega odvajanja toplote in njihove značilnosti.
1960-1970
V zgodnjih dneh razvoja laserja je bila izhodna moč na splošno nizka (raven v vatih in manj). Ta stopnja se v glavnem opira na naravno konvekcijo in odvajanje toplote zaradi sevanja, struktura pa je preprosta in zanesljiva. Ko se je moč plinskih laserjev z neprekinjenim valovanjem (CW) (kot so CO₂ laserji) in zgodnjih polprevodniških-laserjev povečala na desetine vatov, se je začela uporabljati preprosta tehnologija prisilnega zračnega hlajenja. Z dodajanjem ventilatorja ohišju laserja in uporabo prisilne konvekcije zraka za odstranjevanje toplote je to prvi korak pri premikanju tehnologije odvajanja toplote iz pasivne v aktivno.
1980-1990
Sistem za hlajenje s krožečo vodo je v tem obdobju postal standardna konfiguracija visoko{0}}zmogljivih laserjev. Raziskave se osredotočajo na optimizacijo zasnove pretočnih kanalov s hladno ploščo, izboljšanje kakovosti vode (npr. deionizacija) za preprečevanje nabiranja vodnega kamna in korozije ter razvoj učinkovitih zunanjih izmenjevalnikov toplote (npr. hladilnih stolpov, suhih hladilnikov). Na tej stopnji so se začeli uporabljati tudi natančni sistemi za nadzor temperature za kompresorsko hlajenje za vire polprevodniških črpalk, ki so izjemno občutljivi na temperaturo, in laserje-razreda za znanstvene raziskave, ki zahtevajo nizek hrup.
2000 do danes
Meja raziskav se premakne k učinkovitejši tehnologiji hlajenja s faznim spreminjanjem:
Hlajenje z razprševanjem: z razprševanjem in razprševanjem hladilne tekočine na površino vira toplote z uporabo udarca kapljic in latentne toplote fazne spremembe za odstranitev velike količine toplote je laboratorij dosegel zmogljivost odvajanja toplote več kot 1000 W/cm².
Mikrokanalno vrelo hlajenje: vodite hladilno tekočino do nadzorovane fazne spremembe (vre) v mikrokanalu in uporabite latentno toploto uparjanja za močno povečanje meje odvajanja toplote.
Povzetek
Če povzamemo, obstajajo različne metode odvajanja toplote za laserje, od preprostega naravnega hlajenja do kompleksnega in prefinjenega kompresorskega hlajenja in različnih novih visoko{0}}učinkovitih tehnologij odvajanja toplote, ki tvorijo popoln tehnični sistem. Pri praktičnih aplikacijah je treba opraviti celovito preučitev in izbiro na podlagi dejavnikov, kot so raven moči laserja, strukturna oblika, zahteve glede zmogljivosti, okolje uporabe in proračun stroškov. Ker se laserska tehnologija razvija proti večji moči, večji svetlosti in manjši velikosti, bo razvoj učinkovitejših, kompaktnejših in zanesljivejših rešitev za odvajanje toplote še naprej pomembna raziskovalna tema na področju laserske tehnologije in ključno zagotovilo za spodbujanje širše uporabe laserjev v različnih industrijah.
