ระบบระบายความร้อนใน เครื่องไดโอดเลเซอร์

การระบายความร้อนใน เครื่องไดโอดเลเซอร์ เป็นปัจจัยสำคัญที่จะกำหนดประสิทธิภาพ และอายุการใช้งานของตัว้ครื่อง ซึ่งตัวเลเซอร์ไดโอดนั้น ถูกนำมาใช้ในหลากหลายอุตสาหกรรม ตั้งแต่การสื่อสารโทรคมนาคม ไปจนถึงการแพทย์เสริมความงาม ซึ่งแต่ละการใช้งานนั้นจะมีความต้องการด้านพลังงานที่แตกต่างกัน ส่งผลให้ต้องมีการพัฒนาระบบระบายความร้อนที่หลากหลายเพื่อตอบสนองความต้องการโดยเฉพาะ

ความสำคัญของการระบายความร้อนใน เครื่องไดโอดเลเซอร์

เครื่องไดโอดเลเซอร์ เป็นอุปกรณ์ที่ต้องการการควบคุมอุณหภูมิอย่างเหมาะสมเพื่อประสิทธิภาพสูงสุดในการทำงาน โดยเฉพาะเลเซอร์ที่มีกำลังสูงจำเป็นต้องมีระบบระบายความร้อนแบบแอคทีฟ เนื่องจากความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานอาจส่งผลเสียต่อคุณภาพลำแสง ความยาวคลื่น และในกรณีร้ายแรงอาจทำให้อุปกรณ์เสียหายได้ ในขณะที่เลเซอร์กำลังต่ำอาจใช้การระบายความร้อนแบบพาสซีฟผ่านฮีตซิงค์ หรือการไหลของอากาศตามธรรมชาติ ซึ่งมีความเพียงพอสำหรับการใช้งานทั่วไป

โครงสร้างพื้นฐานของการระบายความร้อนในเครื่องไดโอดเลเซอร์

ไดโอดเลเซอร์ทุกชนิด จะมีชิปเซมิคอนดักเตอร์ที่เป็นตัวกำเนิดแสงติดตั้งอยู่บนฐานโลหะที่นำความร้อนได้ดี ทำให้การระบายความร้อนแบบนำความร้อน (Conductive Cooling) จะเป็นพื้นฐานสำคัญสำหรับไดโอดเลเซอร์ทุกรุ่น สำหรับไดโอดเลเซอร์กำลังต่ำ และเลเซอร์แบบพัลส์การระบายความร้อนแบบนำความร้อนร่วมกับการพาความร้อนด้วยอากาศจึงเพียงพอ

การระบายความร้อนตามระดับพลังงานของเครื่องไดโอดเลเซอร์

การระบายความร้อนแบบนำความร้อน (Conductive Cooling)

การระบายความร้อนแบบนำความร้อน เป็นพื้นฐานสำคัญของเลเซอร์ไดโอดทุกชนิด โดยจะมีการติดตั้งชิป Semiconductor บนฐานโลหะที่นำความร้อนได้ดี วิธีนี้เหมาะสำหรับเลเซอร์ไดโอดกำลังต่ำที่สุด และเลเซอร์แบบพัลส์หลายชนิด การระบายความร้อนแบบนี้มักใช้ร่วมกับการระบายความร้อนด้วยอากาศสำหรับอุปกรณ์ขนาดเล็ก ทำให้ระบบมีความเรียบง่าย และประหยัดต้นทุน

การระบายความร้อนด้วย Thermoelectric (TEC)

ระบบ Thermoelectric หรือ TEC เป็นอีกทางเลือกที่มีประสิทธิภาพสำหรับเลเซอร์ไดโอดที่มีกำลังงานปานกลาง (ถึงประมาณ 10 วัตต์) ข้อดีของระบบนี้คือ

• ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ ทำให้มีความน่าเชื่อถือสูง
• ขนาดกะทัดรัด เหมาะสำหรับการติดตั้งในพื้นที่จำกัด
• ควบคุมอุณหภูมิได้แม่นยำ
• สามารถเพิ่มพัดลมขนาดเล็กเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อนได้

ระบบหมุนเวียนน้ำแบบปิด

สำหรับระบบกำลังสูงที่ต้องการอัตราการไหลของน้ำ การใช้ระบบหมุนเวียนน้ำแบบปิดจะช่วยประหยัดน้ำ และค่าใช้จ่ายได้เป็นรอย่างดี โดยมักใช้ชิลเลอร์เลเซอร์ที่ทำงานด้วย TEC หรือระบบทำความเย็นแบบอัดไอ

เทคโนโลยีการระบายความร้อนขั้นสูงในเครื่องไดโอดเลเซอร์

ระบบ Microchannel Cooling

เทคโนโลยี Microchannel เป็นนวัตกรรมการระบายความร้อนที่ใช้ช่องขนาดเล็กๆ จำนวนมากในบล็อกโลหะ โดยมีคุณสมบัติดังนี้

• ได้รับการออกแบบให้มีการไหลของน้ำผ่านช่องขนาดเล็กจำนวนมากในบล็อกโลหะ
• เพื่อเพิ่มพื้นที่การระบายความร้อน มีประสิทธิภาพสูงในการระบายความร้อนจากได
• มีรูปแบบการไหลหลากหลาย รวมถึงแบบ U-turn ที่เหมาะสำหรับไดโอดเดี่ยว (Single-Emitter)
• มีระบบ Micro-Impingement เป็นการผสมผสานการถ่ายเทความร้อนแบบปะทะ ถูกออกแบบท่อจ่ายน้ำแบบพิเศษ สามารถลดความต้านทานความร้อนได้ถึง 18 K-cm2/kW
• เหมาะสำหรับการระบายความร้อนในระบบที่ต้องการประสิทธิภาพสูง รองรับการทำงานต่อเนื่อง ในระยะยาว

ระบบ Chiller

ระบบ Chiller เป็นส่วนสำคัญสำหรับการระบายความร้อนในระบบน้ำหมุนเวียนแบบปิด ซึ่งมีคุณสมบัติ ดังนี้

• มีทั้งแบบ TEC และระบบทำความเย็นแบบอัดไอน้ำ
• รองรับกำลังการทำความเย็นสูงถึง 35 กิโลวัตต์
• สามารถทำงานที่อุณหภูมิสูงถึง 90 องศาเซลเซียส
• มีหลายรูปแบบการติดตั้ง ได้แก่
  • แบบเคลื่อนที่ได้ (Portable Rollable)
  • แบบติดตั้งบนชั้นวาง (Rack-mount) มีทั้งระบบระบายความร้อนด้วยน้ำ และ อากาศ เหมาะสำหรับห้องปฏิบัติการ
  • แบบติดตั้งบนพื้น เป็นคอนเดนเซอร์ระบายความร้อนด้วยอากาศ เหมาะสำหรับระบบขนาดใหญ่

การเลือกระบบระบายความร้อนที่เหมาะสมใน เครื่องไดโอดเลเซอร์

พิจารณาจากพลังงานของเลเซอร์

• พลังงานต่ำ (ไม่กี่มิลลิวัตต์): ควรเลือกการระบายความร้อนแบบพาสซีฟ
  ใช้ฮีตซิงก์ในขนาดเหมาะสม และ ควรอาศัยการไหลเวียนอากาศตามธรรมชาติ
• พลังงานปานกลาง (10-100 มิลลิวัตต์): ควรใช้ TEC ขนาดเล็ก อาจต้องพิจารณาการเพิ่มพัดลมระบายอากาศ
• พลังงานสูงเล็กน้อย (1-10 วัตต์): ต้องใช้ TEC ที่มีประสิทธิภาพสูง และ ต้องสามารถรองรับพลังงานได้ถึง 8 วัตต์
• กำลังงานสูงมาก (มากกว่า 100 วัตต์): จำเป็นต้องใช้ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำ มีเทคโนโลยีไมโครแชนแนล และ ต้องมีระบบหมุนเวียนน้ำแบบปิด

พิจารณาตามลักษณะการใช้งาน

• การกำจัดขน (Hair Removal): ต้องการระบบ TEC ที่ควบคุมอุณหภูมิได้แม่นยำ มีความเสถียร และ มักใช้เลเซอร์ไดโอดกำลังปานกลางถึงสูง (5-50 วัตต์)
• การรักษาผิวหนัง (Skin Treatment): ต้องการระบบระบายความร้อนที่ตอบสนองเร็ว สามารถควบคุมอุณหภูมิเพื่อป้องกันการบาดเจ็บของผิวหนัง และ ระบบนี้ต้องทำงานได้อย่างต่อเนื่อง
• การลบรอยสัก (Tattoo Removal): เครื่องที่ใช้เลเซอร์พัลส์พลังงานสูง จะต้องมีระบบระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ อาจพิจารณาการใช้ระบบผสมระหว่าง TEC และ ระบบน้ำ

สรุป

การระบายความร้อนใน เครื่องไดโอดเลเซอร์ เป็นปัจจัยสำคัญที่จะกำหนดประสิทธิภาพ และ อายุการใช้งาน โดยมีหลายระบบให้เลือกตามความเหมาะสม ตั้งแต่การระบายความร้อนแบบพาสซีฟสำหรับเลเซอร์กำลังต่ำ ระบบ TEC สำหรับกำลังปานกลาง ไปจนถึงระบบ Microchannel Cooling และ Chiller สำหรับเลเซอร์กำลังสูง การเลือกระบบที่เหมาะสมจะต้องพิจารณาทั้งพลังงาน ลักษณะการใช้งาน และ ข้อจำกัดต่างๆ เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดในการใช้งาน