Saat Anda mengoperasikan laser, hanya sebagian daya listrik yang disediakan oleh driver laser yang diubah menjadi energi cahaya. Sisanya diubah menjadi energi panas, dan penumpukan energi panas menimbulkan sejumlah masalah bagi sistem laser pada umumnya dan laser pada khususnya.
Dalam pengaturan laser Anda, sistem kontrol suhu bertanggung jawab untuk mengelola panas yang dihasilkan oleh pengoperasian laser. Selain pengontrol suhu, pemilihan dudukan laser yang sesuai untuk aplikasi secara cermat sangat penting untuk sistem laser yang kuat.
Pada akhirnya, kekhawatiran paling mendesak mengenai pengendalian suhu adalah variasi suhu dapat mempengaruhi kualitas laser, khususnya panjang gelombang. Jika tidak dikendalikan, panas berlebih juga dapat merusak permukaan pancaran laser, sehingga mengurangi kualitas dan kuantitas cahaya yang dihasilkan.
Dua strategi dasar untuk menghilangkan panas yang dihasilkan oleh laser disebut pendinginan pasif dan pendinginan aktif. Selain itu, artikel ini akan menjelaskan metode manajemen termal non-tradisional untuk aplikasi berdaya tinggi dan aplikasi yang memerlukan pemasangan laser yang dipanaskan.
Pendinginan Pasif
Unit pendingin pasif menghantarkan panas dari laser dan membuangnya ke udara sekitar (Gambar 1). Karena jenis pemasangan laser ini hanyalah heat sink yang besar, suhu pemasangan dan suhu laser pasti akan meningkat. Pemasangan laser berpendingin pasif dirancang sedemikian rupa sehingga kenaikan suhu terjadi secara bertahap dan dapat diprediksi.
Kinerja termal dari dudukan tersebut dinilai sebagai ketahanan termal, dalam "CN Peringkat ini menunjukkan jumlah kenaikan suhu pada dudukan laser untuk setiap watt limbah panas yang dihasilkan oleh laser, dalam derajat Celsius.
Kipas akan meningkatkan kinerja termal dudukan laser yang didinginkan secara pasif. Biasanya, produsen memberikan peringkat untuk pemasangan laser dengan dan tanpa kipas tambahan. Bahkan dengan kipas, kinerja dan rentang daya heatsink pasif terbatas pada aplikasi berdaya rendah hingga sedang, atau aplikasi yang suhu pengoperasiannya lebih tinggi dapat diterima.
Pendinginan Aktif
Pendinginan aktif adalah pendekatan manajemen termal yang lebih komprehensif dan kompleks. Perangkat yang disebut pendingin Peltier dipasang pada dudukan laser atau langsung ke dalam paket laser,
Perangkat Peltier, juga dikenal sebagai pendingin termoelektrik (TEC), adalah Keramik kecil, datar, konduktif termal, yang menggunakan daya yang disuplai oleh pengontrol suhu untuk mendinginkan salah satu permukaannya sambil memanaskan permukaan yang berlawanan. Pemasangan laser bertanggung jawab untuk bertindak sebagai heat sink di satu sisi perangkat Peltier. Sisi lain perangkat Peltier diaplikasikan pada pelat dingin aluminium atau tembaga yang bersentuhan dengan rumah paket laser.
Untuk menyelesaikan loop kontrol, sensor suhu memberikan sinyal umpan balik ke pengontrol suhu, yang mengatur daya yang disuplai ke perangkat Peltier. Dalam banyak kasus, dudukan laser juga dilengkapi dengan kipas untuk memaksimalkan kinerja termal.
Kinerja termal dari dudukan laser yang didinginkan secara aktif disebut kapasitas termal dan dinyatakan dalam watt. Peringkat ini menunjukkan jumlah daya termal yang dapat diserap dudukan laser sambil mempertahankan suhu stabil. Peringkat ini umumnya berlaku bila suhu pelat dingin dudukan sesuai dengan suhu sekitar. Untuk jarak jauh Pabrikan sering kali dapat memberikan kurva kinerja termal sebagai fungsi suhu pelat.
Perlu dicatat bahwa dudukan laser yang dilengkapi dengan perangkat Peltier akan dapat dipanaskan dan didinginkan. Hal ini memungkinkan stabilisasi dan waktu respons yang lebih cepat. Selain itu, jika Anda mengkarakterisasi kinerja perangkat LED atau laser, fitur ini juga memungkinkan sistem menjadi stabil baik di atas maupun di bawah suhu sekitar. Karena panjang gelombang keluaran berhubungan dengan suhu laser, ini juga menyediakan cara mudah untuk mengontrol kinerja optik laser secara tepat.
Pertimbangan Fungsional untuk Pemilihan Gunung
Di luar masalah dasar kapasitas termal yang memadai, ada tiga area fungsional yang mempengaruhi kegunaan dudukan laser. Ini adalah konduktivitas termal, fleksibilitas harness, dan pemasangan mekanis laser.
Konduktivitas termal dudukan laser, terutama pelat dingin merupakan aspek desain yang penting. Meskipun aluminium cukup untuk beberapa aplikasi, bahan pilihan untuk pelat dingin adalah tembaga. Tembaga memiliki sifat termal yang lebih baik dibandingkan bahan lain dan akan memberikan suhu yang lebih seragam di seluruh pelat dingin.
Untuk keserbagunaan optimal, pertimbangkan fleksibilitas rangkaian kabel yang terpasang pada dudukannya dan, lebih jauh lagi, pada driver laser dan pengontrol suhu. Idealnya, pabrikan harus menyediakan kabel standar yang sudah jadi dari instrumen ke dudukan laser. Saat menghubungkan laser ke laser, sambungan harus mudah dibuat dan diubah, menggunakan terminal kabel atau metode sederhana lainnya. Sambungan atau konektor yang disolder yang memerlukan waktu pengaturan yang lama kurang diinginkan.
Prinsip yang sama berlaku untuk sambungan mekanis antara laser dan dudukannya. Tidak perlu dikatakan lagi bahwa koneksi ini harus menyediakan antarmuka termal yang baik. Selain itu, ia harus menyediakan koneksi yang mudah diputuskan dan tingkat keserbagunaan untuk berbagai paket laser. Beberapa produsen akan menawarkan pelat dingin yang dapat disesuaikan sehingga Anda dapat menentukan pola lubang pemasangan yang diinginkan.
Sistem Berkekuatan Tinggi
Selain pemegang laser dengan kipas terintegrasi dan pendingin Peltier, mengelola tingkat output termal yang lebih tinggi menjadi lebih menantang. Jika dudukan berpendingin udara terbukti tidak mencukupi, opsi berikutnya adalah dudukan berpendingin air (Gambar 3). Air sangat meningkatkan kapasitas panas dengan mengorbankan kompleksitas dan daya tanggap.
Meskipun pelat berpendingin air efektif dalam memindahkan panas dalam jumlah besar, terdapat beberapa kelemahan. Pertama, suhu yang Anda setel harus berada di antara titik didih dan titik beku air. Kedua, sistem air memerlukan pendingin, pompa, dudukan laser khusus, dan pipa ledeng, yang akan meningkatkan waktu dan biaya pemasangan. Ketiga, beberapa sistem air mungkin memiliki batas kesalahan sepersepuluh derajat dan tidak bereaksi cepat terhadap perubahan suhu. Ini mungkin tidak cocok untuk aplikasi presisi tinggi.
Untuk meningkatkan akurasi sistem air, sistem hibrida yang menggabungkan TEC dengan dudukan laser berpendingin air bekerja dengan baik. Sistem ini mengandalkan TEC untuk kontrol suhu yang baik dan menggunakan sistem pendingin air untuk menghilangkan panas dengan cepat. Pendekatan ini umum dilakukan pada aplikasi laser berdaya tinggi yang memerlukan stabilitas suhu yang baik.
Sistem Suhu Tinggi
Seperti disebutkan sebelumnya dalam artikel ini, kemampuan pemanasan perangkat Peltier mungkin berguna jika Anda mengkarakterisasi kinerja perangkat pada rentang suhu tertentu, atau bekerja dengan aplikasi yang memerlukan suhu lebih tinggi, seperti LED. Suhu pemasangan yang lebih tinggi memerlukan berbagai jenis sensor suhu dan TEC yang sesuai untuk pengoperasian suhu tinggi, jadi diskusikan aplikasi Anda dengan produsen pemasangan laser. Beberapa dudukan laser juga mengandung pemanas resistif, meskipun pengaturan ini jelas hanya cocok untuk aplikasi pemanasan saja. Dalam hal ini, selama pengontrol suhu dapat memberi daya pada pemanas resistif, sistem manajemen termal lainnya tidak dapat diubah.
Kesimpulan
Memilih braket yang tepat untuk sistem laser Anda akan menghemat waktu dan tenaga sekaligus meningkatkan kinerja secara keseluruhan. Selain memutuskan untuk menggunakan pendinginan pasif atau aktif, berikan perhatian khusus pada fitur lain dari braket laser. Kemudahan pemasangan, sambungan listrik yang fleksibel, dan pemilihan material yang baik merupakan faktor penting yang perlu dipertimbangkan. Pada akhirnya, tindakan terbaik adalah menghubungi produsen secara langsung dan mengajukan pertanyaan tentang kinerja dudukan untuk aplikasi spesifiknya.
Dicetak ulang dari: Photon Bit
Catatan: Hak cipta artikel adalah milik penulis aslinya. Artikel ini hanya untuk tujuan komunikasi dan pembelajaran. Jika ada masalah hak cipta, harap beri tahu kami dan kami akan menanganinya tepat waktu.
