基于TEC的小体积激光器散热系统研究
摘要
关键词
TEC；激光器；散热
正文
1 固体激光器的温控需求
固体激光器是指以固体激光材料为工作介质的激光器。从1960年以来第一台固体激光器的问世，到如今各类固体激光器百花齐放，目前已经广泛应用于军工、制造、诊疗和科学等领域，固体激光器的发展趋势是材料和器件的多样化，寻找新的激光波段以及更佳工作物质，提高激光的转换效率，改善光束质量等。随着固体激光器的发展，固体激光器越来越向大功率、高能量发展，随之单位体积产生的热功率逐渐变大，其激光器的散热系统以及其控制就显得及其重要如图一是Nd:YVO4在水冷和TEC下的工作情况。
试验无水冷温度是否可控（LD20W,水温20℃） |
1，TEC不工作，仅开水冷机，温度上升迅速，无法控制，（水冷块-tec-晶体-tec-水冷块） |
2，tec不工作，上表面水冷15分钟后，温度保持在24-24.5℃，可控 |
3，去掉tec，不开水冷机，20分钟后温度稳定在48℃左右，可控 |
2 TEC芯片的选用
TEC是一种以帕尔效应为基础原理运行的固体热泵，小体积、轻质量、无噪音。在冷热端温差一定的情况下，工作电流与TEC制冷量成正比。TEC体积小可单独装载到激光器中而不需要其他设备以外的基础配套设施进行辅助，所以可以直接用于现有的各类激光器中以及各类发热设备中。并由于TEC芯片在散热系统中并不需要其他设备外的基础配套设施进行辅助，不用改变现有的激光设备的布局，并且能源消耗少，对基础设施的重构和改变的一次性投资成本要求低。且TEC制冷片的工作寿命长达30万小时，安装后可长期使用。
3 硬件系统材料的选用
对TES温度进行采样选用DS18B20温度传感器，DS18B20是一种数字温度传感器，输出信号为数字信号方便读取且其体积小，成本低，精度高，具有很强的抗干扰能力经常使用于狭小空间工业设备测温和控制，这与小体积固体激光器结构相契合，采用STM32L1做主控芯片对TEC、DS18B20以及水冷系统进行控制，STM32L1低成本、高功效且耗能小产热少，其这些特性正符合温度控制以及激光器系统。
4结论
本文以TEC为基础，在TEC上加载单片机和各种外围电路以达到对激光器温度的控制，可以有效地解决激光设备的发热问题，并大幅度降低成本以及能耗，在庞大散热系统家族充当不可替代的地位。
基金项目：国家级大学生创新创业训练计划（201910475058）
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