增益介質在吸收幫浦光源及釋放出雷射光子的過程中，必伴隨著 熱生成使得雷射晶體溫度上升，降低雷射輸出效率，其中尤以對準三 能階雷射影響甚巨。適度地控制晶體溫度除了可以減少重複吸收損耗 外，亦可增加倍頻效率。以 KNbO3而言，雖然具有很高的非線性係 數，但因其溫度頻寬只有 0.3 oC – cm，故需一良好之溫控系統，才能 產生高效率藍光雷射輸出。
相較於各種傳遞熱的形式，熱導管(heat pipe)為目前最有效的方 法之一。有別於一般常用之 TE cooler (thermoelectric cooler)，heat pipe 無須額外電力供應即可散熱，且散熱效率較 TE cooler 來得高。此外，
製作容易、點對點間之溫差小，以及具備大量散熱能力等，亦為 heat pipe 之特色。
由於 heat pipe 具有上述種種特色，因此實驗中選擇以 heat pipe 為核心元件之 VapoChill 溫控系統，來作為藍光雷射的散熱裝置。
圖 4.4 為 heat pipe 之工作原理圖，如圖所示 heat pipe 為密閉的導 管，於蕊芯部分充滿冷凝劑如水。當蒸發端遇熱源時，熱會經由 heat pipe 管壁傳導將蕊芯中之液體汽化，並藉由汽化之過程將熱經絕熱端 帶至冷凝端，此時被蒸發的氣體受到冷凝端冷凝，並釋放出潛熱(latent heat)後變回液體，再藉助蕊芯之毛細作用重新回流至蒸發端。如此週 而復始的循環，將蒸汽之潛熱從蒸發端輸送至冷凝端釋出，以達溫度 之控制[36]。
Heat source
Evaporator end cap Container
Evaporator section Adiabatic
section
Vapor flow Liquid flow
Heat sink Condenser end cap
Condenser section
圖 4.4 Heat pipe 工作原理圖
VapoChill 溫 控 系 統 包 含 四 個 重 要 機 構 ， 分 別 是 壓 縮 機 (compressor)、致冷器(condenser)、毛細管(capillary tube)，與蒸發器 (evaporator)。茲將各部分主司功能簡介於下[37]：
(A)壓縮機
壓縮機主要功能是將被汽化的冷凝劑從蒸發器吸入至壓縮機，此 時壓縮機內壓力會升高至冷凝劑液化所需之壓力，使得受熱氣體能從 汽相漸變回液相。
(B)致冷器
壓縮機壓縮氣體時產生的熱及從蒸發器所收集之熱，皆經由致冷 器釋放，以便讓冷凝劑完全變成液體。為了使散熱速度增加，致冷器 中加入了大量金屬薄片，以擴展散熱面積。
(C)毛細管
為了讓冷凝劑重新回流至蒸發端，VapoCill 系統利用內徑相當細 小之毛細管，使得冷凝劑可在無須加壓的情況下，迅速流回到蒸發器。
(D)蒸發器
蒸發器內部主要元件為 heat pipe，如前所述 heat pipe 將雷射晶體 所產生之熱，藉由冷凝劑汽化過程帶至壓縮機壓縮。
圖 4.5 描述了 VapoChill 溫控系統的工作流程，將雷射晶體裝置於 紅銅座中，再將蒸發器與紅銅座緊密貼合，如此則可維持雷射系統工 作於低溫的環境中。另外為了有效散熱，必須選擇適當的毛細管以加 速冷凝劑回流至蒸發器；及選擇適當之冷凝劑以提升散熱效率。一般 而言，冷凝劑需具備較佳的導熱係數、潛熱，與表面張力，並要能相 容於蕊芯的材料；而極小之毛細管半徑、高滲透性及高熱傳導性，則 有助於散熱速率。
圖 4.5 VapoChill 溫控系統之工作流程圖