微型精密水冷系統助力超快激光器的發展

時間:2021-11-09

超快激光器市場將迎來爆發

激光技術與現今人們的生產生活息息相關,已廣泛應用于工業、農業、測量、通信、醫學、軍事以及科學研究等各個領域。隨著超快激光技術的興起,微加工在未來幾年內將成為激光技術應用增長潛力最大的領域之一。工業激光器中皮秒激光器、飛秒激光器,以及科研領域比較熱的阿秒激光,這些都屬于超快激光的范疇。超快激光產生的超短脈沖與材料相互作用時間極短,不會給周圍材料帶來熱影響,因此特別適用于精密加工。

技術的發展和市場大規模需求的出現,促成了超快激光技術的迅速發展?,F在,超快激光器已開始超越傳統的研究技術,皮秒激光器的商業化應用已有20多年的歷史。隨之而來的是超快激光器制造成本的降低,并且可以適應工業需求。相信,未來5~10年將是超快激光器快速拔起的時代,對每一個激光企業及激光器周邊配套產品企業是挑戰也是機會。

酷凌時代微型冷水機助力超快激光器的發展

超快激光器有兩個顯著特點:高穩定性的超短脈沖和高脈沖能量。脈沖的高穩定性需要激光器工作溫度的高穩定性來保證,因此需要對激光器進行精密溫控。對于激光器來說,基于蒸氣壓縮制冷的水冷系統是目前最經濟、最高效的溫控手段??崃钑r代根據超快激光器的特點,研制了一系列水冷產品,如Q420/Q580系列冷水機、5U03激光冷水機等。以Q420/Q580系列冷水機為例,其具有以下突出優點:

1.體積小,重量輕

Q420/Q580系列冷水機內部采用微型高效的功能配件,同時盡量減小了水箱體積,使得整機體積和重量非常小,是目前國內同類型產品中最小的。其尺寸為245mm(長)×248mm(寬)×215mm(高),僅為國內其他同類產品平均水平的1/3左右;重量為10kg,低于國內其他同類產品平均水平的1/2。冷水機的小型化和輕量化,一方面可以提高搬運和使用時的便捷性,另一方面給對激光器和溫控系統進行集成式設計提供了可能,集成式設計將大大簡化激光設備系統,減小占用空間,在操作上也會更加方便。

                                             

Q420/Q580系列冷水機

2.溫控精度高

Q420/Q580系列高精度激光冷水機中,對溫度的控制是通過對蒸氣壓縮制冷系統的變頻控制和電加熱管的調節來進行的,兩者互補工作,實現水溫的精準控制。由于激光器的工作并不是穩定的,且環境因素的不確定性對制冷系統的影響很大,系統的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定,因此無法用一個精確的數學模型來控制系統的工作。PID算法簡單、魯棒性好、可靠性高,是最適合本系統的控制策略之一,它根據系統的誤差,計算出比例、積分、微分控制量來調節系統的工作。由于PID的上述優點,使得Q420/Q580系列冷水機控制系統的響應速度快,控制精度高,而不需要過于加大水箱以利用水的熱容來實現溫度的穩定,這也是該冷水機能夠實現小型化的保障之一。

溫控系統原理圖

在實際工作過程中,Q420/Q580系列冷水機的溫控曲線如圖所示,可輕松實現±0.1℃的溫控精度。在工況相對穩定的情況下,溫控精度甚至可達±0.01℃。

Q420/Q580系列冷水機溫控曲線

3.響應速度快

當剛開機或系統工況變化(如改變設定溫度)時,水溫需要一段時間才能達到穩定。Q420/Q580系列冷水機由于采用優化的PID算法,同時因其水箱小熱容小的有點,使得系統穩定時間較短,僅為5分鐘左右。這樣可以大大縮短激光器工作前的準備時間,提高工作效率。

4.效率高

由于采用了變頻技術對壓縮機進行控制,而不是跟傳統的冷水機一樣簡單地采用冷熱對沖的方式進行溫度調節,因此Q420/Q580系列冷水機的功耗相對較低。盡管冷水機的體積很小,但制冷量可達到420W580W,使其應用范圍較廣,可實現對40W以下紅外皮秒激光器、35W以下綠光皮秒激光器或20W以下紫外皮秒激光器的精密溫控。

激光器溫控系統的發展趨勢

激光技術及應用正進行著飛速的發展,對溫控系統的要求也越來越高。未來的激光器溫控系統將會更加小型、輕量、高效、精準,同時也要具有很好的經濟性??崃钑r代將緊跟激光技術飛速發展的步伐,不斷開拓,持續創新,開發出更多更好的產品,助推行業的蓬勃發展。

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