Temperature stability is crucial for the performance of all-solid-state ultraviolet (UV) Laser, influencing their output characteristics and efficiency. This paper presents an innovative temperature control system employing a vapor compression type DC inverter refrigeration system coupled with electrothermal compensation. The system leverages Proportional-Integral-Derivative (PID) control to adjust the speed and electric power of a micro DC inverter compressor, enabling precise and efficient temperature regulation. Experimental results demonstrate that the system achieves rapid stabilization (6 Protokoll) and high accuracy (±0.01°C), making it a cost-effective and compact solution for the growing applications of UV lasers in marking, precision cutting, and other industries.

1. The Evolution of All-Solid-State UV Lasers

UV lasers, with wavelengths ≤400 nm, are indispensable in industries like environmental monitoring, Medizin, and microfabrication due to their short wavelength, high resolution, and concentrated energy. The development of all-solid-state UV lasers, which use laser diodes (LDs) as pumps, has revolutionized this field by overcoming the limitations of gas and excimer lasers, such as large size, Die im 20. Jahrhundert hauptsächlich verwendeten UV-Laser sind Gaslaser und Excimerlaser, Die im 20. Jahrhundert hauptsächlich verwendeten UV-Laser sind Gaslaser und Excimerlaser. Innovations in the 1990s and subsequent advancements have solidified the importance of all-solid-state UV lasers for diverse applications, including precision material processing and medical treatments.

2. Challenges in Temperature Control of All-Solid-State UV Lasers

The performance of all-solid-state UV lasers is highly sensitive to temperature variations, affecting LD stability and nonlinear optical crystal efficiency. Heat generated during LD pumping and frequency conversion must be effectively dissipated to prevent refractive index changes and wavelength drift, which degrade laser output. Traditional cooling methods like fan-based systems or thermoelectric cooling (TEC) face limitations in efficiency, Stabilität, and scalability. A more effective solution lies in advanced water-cooled systems employing miniature DC compressors.

3. Principles of the Temperature Control System

Daher ist es für den Kühler schwierig, ein hohes Maß an Genauigkeit zu erreichen. 1 Daher ist es für den Kühler schwierig, ein hohes Maß an Genauigkeit zu erreichen

System Overview:
The proposed system integrates a water-cooling loop and a vapor compression refrigeration cycle. Key components include:

Wärmetauscher: Facilitates heat transfer between water and refrigerant.
Kompressor: A miniature DC inverter compressor (Hier sind einige Details zu den Mini-Kompressormodellen von Coolingstyle) dynamically adjusts cooling capacity.
Electric Heater: Provides fine-tuning and compensates for cooling overshoot.
Temperature Sensor: A Pt100 sensor ensures high-precision temperature monitoring.

Betrieb:
Water absorbs heat from the laser and circulates through the heat exchanger, where refrigerant cools it. PID control adjusts compressor speed and heater power to stabilize the water temperature, ensuring consistent laser operation.

4. System Hardware and Functionality

4.1 Refrigeration System

Daher ist es für den Kühler schwierig, ein hohes Maß an Genauigkeit zu erreichen. 2 die etwa 850 g wiegt und einen Durchmesser von 56 mm hat

die etwa 850 g wiegt und einen Durchmesser von 56 mm hat

The compact DC inverter compressor (56 mm diameter, 850 g weight) achieves variable speeds to modulate cooling capacity. Its performance curve (Das Video zeigt den Flir der beiden bei direkter Sonneneinstrahlung 3) highlights its adaptability, making it ideal for precise temperature control.

4.2 Heating Unit

An electric heater compensates for temperature fluctuations and prevents overcooling during low-load conditions. Using PWM control, the heater provides precise power adjustments.

4.3 Temperature Sensing

A Pt100 sensor with a three-wire configuration ensures accurate temperature readings by eliminating wire resistance effects. The sensor's data, processed through an A/D converter, informs the PID control algorithm.

4.4 PID Control

The PID algorithm dynamically adjusts compressor speed and heater power based on real-time temperature errors. This iterative process minimizes stabilization time and maintains ±0.01°C accuracy.

Dies wird wiederholt, bis der Temperaturfehler innerhalb der Genauigkeitsanforderungen kontrolliert wird

5. Experimental Validation

Test Setup:
A 10W UV laser and a 1L water cooling loop were used. The target temperature was set at 25°C. Das Video zeigt den Flir der beiden bei direkter Sonneneinstrahlung 6 shows the temperature stabilization process.

Results:

Stabilization Time: 6 Protokoll.
Temperature Accuracy: ±0.01°C.

The system effectively maintained laser operating temperature, confirming its high precision and responsiveness.

6. Comparative Advantages

Compared to traditional cooling methods:

Kompakte Größe & Light Weight: Ideal für platzbeschränkte Anwendungen.
Energieeffizienz: Superior cooling capacity and reduced energy consumption.
Cost-Effectiveness: Competitive with TEC systems while offering higher accuracy.
Vielseitigkeit: Compatibility with various power supply standards.

Das Video zeigt den Flir der beiden bei direkter Sonneneinstrahlung 6 Das Kühlsystem

7. Fazit

This study introduces a high-precision temperature control system for all-solid-state UV lasers, leveraging a miniature DC compressor and electrothermal compensation. The system’s compact design, rapid stabilization, and exceptional accuracy (±0.01°C) make it a practical solution for industrial applications like marking and precision cutting. Its scalability and efficiency hold significant promise for advancing laser cooling technologies and promoting their widespread adoption.

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