Оптоэлектроника саласында термоэлектрлік салқындату модулін, TEC модулін, пельтиер салқындатқышын әзірлеу және қолдану
Термоэлектрлік салқындатқыш, термоэлектрлік модуль, Пельтиер модулі (TEC) өзінің бірегей артықшылықтарымен оптоэлектрондық өнімдер саласында таптырмас рөл атқарады. Төменде оның оптоэлектрондық өнімдерде кеңінен қолданылуының талдауы берілген:
I. Негізгі қолдану өрістері және әрекет ету механизмі
1. Лазердің температурасын дәл бақылау
• Негізгі талаптар: Барлық жартылай өткізгіш лазерлер (LDS), талшықты лазер сорғы көздері және қатты күйдегі лазер кристалдары температураға өте сезімтал. Температураның өзгеруі мыналарға әкелуі мүмкін:
• Толқын ұзындығының ауытқуы: байланыстың толқын ұзындығының дәлдігіне (мысалы, DWDM жүйелерінде) немесе материалды өңдеудің тұрақтылығына әсер етеді.
• Шығу қуатының ауытқуы: жүйе шығысының тұрақтылығын азайтады.
• Шекті токтың өзгеруі: тиімділікті төмендетеді және қуат тұтынуды арттырады.
• Қысқартылған қызмет мерзімі: Жоғары температура құрылғылардың қартаюын тездетеді.
• TEC модулі, термоэлектрлік модуль функциясы: жабық контурлық температураны басқару жүйесі (температура сенсоры + контроллер + TEC модулі, TE салқындатқышы) арқылы лазерлік чиптің немесе модульдің жұмыс температурасы оңтайлы нүктеде тұрақтандырылады (әдетте 25°C±0,1°C немесе одан да жоғары дәлдік), толқын ұзындығының максималды тұрақтылығын, тұрақты қуаттың қызмет ету ұзақтығын қамтамасыз етеді. Бұл оптикалық байланыс, лазерлік өңдеу және медициналық лазерлер сияқты салалар үшін негізгі кепілдік.
2. Фотодетекторларды/инфрақызыл детекторларды салқындату
• Негізгі талаптар:
• Қараңғы токты азайтыңыз: фотодиодтар (әсіресе жақын инфрақызыл байланыста қолданылатын InGaAs детекторлары), көшкін фотодиодтары (APD) және сынап кадмий теллуриді (HgCdTe) сияқты инфрақызыл фокустық жазықтық массивтерінде (IRFPA) бөлме температурасында салыстырмалы түрде үлкен қараңғы токтар болады, бұл (сигнал-SNR-сезімталдық пен сезімталдықты айтарлықтай төмендетеді).
• Жылу шуды басу: Детектордың жылулық шуының өзі анықтау шегін шектейтін негізгі фактор болып табылады (әлсіз жарық сигналдары және алыс қашықтықтан бейнелеу сияқты).
• Термоэлектрлік салқындату модулі, Peltier модулі (пельтиер элементі) функциясы: Детектор чипін немесе бүкіл қаптаманы қоршаған ортаның төменгі температурасына (мысалы, -40°C немесе одан да төмен) салқындатыңыз. Қараңғы ток пен термиялық шуды айтарлықтай азайтып, құрылғының сезімталдығын, анықтау жылдамдығын және бейнелеу сапасын айтарлықтай жақсартыңыз. Бұл әсіресе жоғары өнімді инфрақызыл тепловизорлар, түнде көру құрылғылары, спектрометрлер және кванттық байланыс бір фотонды детекторлар үшін өте маңызды.
3. Дәл оптикалық жүйелер мен бөлшектердің температурасын бақылау
• Негізгі талаптар: Оптикалық платформадағы негізгі құрамдас бөліктер (талшықты Bragg торлары, сүзгілер, интерферометрлер, линзалар топтары, CCD/CMOS сенсорлары сияқты) термиялық кеңеюге және сыну көрсеткішінің температура коэффициенттеріне сезімтал. Температураның өзгеруі оптикалық жол ұзындығының, фокустық қашықтықтың ауытқуына және сүзгі ортасында толқын ұзындығының ығысуына әкелуі мүмкін, бұл жүйе өнімділігінің нашарлауына әкеледі (мысалы, бұлыңғыр кескін, дұрыс емес оптикалық жол және өлшеу қателері).
• TEC модулі, термоэлектрлік салқындату модулі Функция:
• Белсенді температураны бақылау: негізгі оптикалық компоненттер жоғары жылу өткізгіштік субстратқа орнатылады және TEC модулі (пельтиер салқындатқышы, пельтиер құрылғысы), термоэлектрлік құрылғы температураны дәл басқарады (тұрақты температураны немесе белгілі бір температура қисығын сақтайды).
• Температураны гомогенизациялау: жүйенің термиялық тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін жабдық ішіндегі немесе құрамдас бөліктер арасындағы температура айырмашылығының градиентін жойыңыз.
• Қоршаған ортаның ауытқуларына қарсы тұру: сыртқы орта температурасының өзгерістерінің ішкі дәлдік оптикалық жолына әсерін өтеу. Ол жоғары дәлдікті спектрометрлерде, астрономиялық телескоптарда, фотолитографиялық машиналарда, жоғары сапалы микроскоптарда, оптикалық талшықты зондтау жүйелерінде және т.б. кеңінен қолданылады.
4. Өнімділікті оңтайландыру және жарық диодтарының қызмет ету мерзімін ұзарту
• Негізгі талаптар: Жоғары қуатты жарық диодтары (әсіресе проекцияға, жарықтандыруға және ультракүлгін сәулеленуге арналған) жұмыс кезінде айтарлықтай жылу шығарады. Қосылу температурасының жоғарылауы мыналарға әкеледі:
• Жарық тиімділігінің төмендеуі: электр-оптикалық түрлендіру тиімділігі төмендейді.
• Толқын ұзындығының ауысуы: түс консистенциясы (RGB проекциясы сияқты) әсер етеді.
• Қызмет ету мерзімінің күрт қысқаруы: қосылыс температурасы жарық диодтарының қызмет ету мерзіміне әсер ететін ең маңызды фактор болып табылады (Arrhenius үлгісіне сәйкес).
• TEC модульдері, термоэлектрлік салқындатқыштар, термоэлектрлік модульдер Функция: Өте жоғары қуат немесе қатаң температураны бақылау талаптары бар жарықдиодты қолданбалар үшін (белгілі бір проекциялық жарық көздері және ғылыми дәрежедегі жарық көздері сияқты), термоэлектрлік модуль, термоэлектрлік салқындату модулі, пельтиер құрылғысы, peltier элементі дәстүрлі салқындату қабілетін, жарықдиодты қыздыруға қарағанда қуатты және дәл температураны сақтай алады. жоғары жарықтық шығысын, тұрақты спектрді және өте ұзақ қызмет ету мерзімін сақтай отырып, қауіпсіз және тиімді диапазон.
II. TEC модульдерінің алмастырылмайтын артықшылықтары туралы егжей-тегжейлі түсіндірме Opto electronic қолданбаларындағы термоэлектрлік модульдер термоэлектрлік құрылғылар (пельтиер салқындатқыштар)
1. Температураны дәл реттеу мүмкіндігі: Ол оптоэлектрондық құрылғылардың қатаң температураны бақылау талаптарына жауап беретін ауаны салқындату және сұйықтықты салқындату сияқты пассивті немесе белсенді жылуды тарату әдістерінен әлдеқайда асып түсетін ± 0,01°C немесе одан да жоғары дәлдікпен тұрақты температура бақылауына қол жеткізе алады.
2. Қозғалмалы бөліктер және хладагент жоқ: қатты күйде жұмыс істеу, компрессор немесе желдеткіш діріл кедергісі, хладагент ағып кету қаупі жоқ, өте жоғары сенімділік, техникалық қызмет көрсетуді қажет етпейді, вакуум және кеңістік сияқты арнайы орталарға жарамды.
3. Жылдам жауап беру және қайтымдылық: ағымдағы бағытты өзгерту арқылы салқындату/жылыту режимін жылдам жауап беру жылдамдығымен (миллисекундпен) бірден ауыстыруға болады. Ол әсіресе өтпелі жылу жүктемелерімен немесе дәл температуралық циклді қажет ететін қолданбалармен жұмыс істеу үшін қолайлы (мысалы, құрылғыны сынау).
4. Миниатюризация және икемділік: Ықшам құрылым (миллиметр деңгейіндегі қалыңдығы), жоғары қуат тығыздығы және әртүрлі кеңістіктегі шектеулі оптоэлектрондық өнімдердің дизайнына бейімделе отырып, чип деңгейіне, модуль деңгейіне немесе жүйе деңгейіндегі қаптамаға икемді түрде біріктірілуі мүмкін.
5. Жергілікті дәл температураны бақылау: Ол бүкіл жүйені салқындатпай-ақ белгілі бір ыстық нүктелерді дәл салқындата немесе қыздыра алады, нәтижесінде энергия тиімділігі жоғарырақ және жүйе дизайнын жеңілдетеді.
III. Қолдану жағдайлары және даму тенденциялары
• Оптикалық модульдер: Micro TEC модулі (микро термоэлектрлік салқындату модулі, термоэлектрлік салқындату модулін салқындату DFB/EML лазерлері әдетте 10G/25G/100G/400G және жоғары жылдамдықты икемді оптикалық модульдерде қолданылады (SFP+, QSFP-DD, OSFP жылдамдығының қателігін қамтамасыз ету үшін).
• LiDAR: автомобильдегі және өнеркәсіптік LiDAR-дағы жиекті сәулелендіретін немесе VCSEL лазерлік жарық көздері импульс тұрақтылығы мен ауқым дәлдігін қамтамасыз ету үшін, әсіресе алыс қашықтықты және жоғары ажыратымдылықты анықтауды қажет ететін сценарийлерде TEC модульдерін, термоэлектрлік салқындату модульдерін, термоэлектрлік салқындатқыштарды, peltier модульдерін қажет етеді.
• Инфрақызыл тепловизор: жоғары сапалы салқындатылмаған микрорадиометрдің фокустық жазықтық массиві (UFPA) жұмыс температурасында (әдетте ~32°C) бір немесе бірнеше TEC модулінің термоэлектрлік салқындату модулінің кезеңдері арқылы тұрақтандырылады, температура дрейфтік шуды азайтады; Тоңазытқыштағы орташа толқынды/ұзын толқынды инфрақызыл детекторлар (MCT, InSb) терең салқындатуды қажет етеді (-196°C Stirling тоңазытқыштары арқылы қол жеткізіледі, бірақ миниатюрленген қолданбаларда TEC модулінің термоэлектрлік модулі, пельтиер модулі алдын ала салқындату немесе қайталама температураны бақылау үшін пайдаланылуы мүмкін).
• Биологиялық флуоресценцияны анықтау/Раман спектрометрі: CCD/CMOS камерасын немесе фотокөбейткіш түтікті (PMT) салқындату әлсіз флуоресценция/Раман сигналдарын анықтау шегі мен кескіндеу сапасын айтарлықтай жақсартады.
• Кванттық оптикалық эксперименттер: бір фотонды детекторлар үшін төмен температуралы ортаны қамтамасыз ету (мысалы, өте төмен температураларды қажет ететін асқын өткізгіш наноөткізгіш SNSPD, бірақ Si/InGaAs APD әдетте TEC модулі, термоэлектрлік салқындату модулі, термоэлектрлік жарық көзі модулі, TE салқындатқыш көзі арқылы салқындатылады).
• Даму тенденциясы: Термоэлектрлік салқындату модулін, термоэлектрлік құрылғыны, тиімділігі жоғары (ZT мәнін жоғарылату), арзанырақ құны, кіші өлшемді және күшті салқындату қабілеті бар TEC модулін зерттеу және әзірлеу; Жетілдірілген орау технологияларымен (3D IC, Co-Packaged Optics сияқты) тығыз біріктірілген; Температураны басқарудың интеллектуалды алгоритмдері энергия тиімділігін оңтайландырады.
Термоэлектрлік салқындату модульдері, термоэлектрлік салқындатқыштар, термоэлектрлік модульдер, пельтиер элементтері, пельтиер құрылғылары заманауи жоғары өнімді оптоэлектрондық өнімдердің негізгі жылуды басқару компоненттеріне айналды. Оның температураны дәл бақылауы, қатты дененің сенімділігі, жылдам әрекет етуі және шағын өлшемдері мен икемділігі лазерлік толқын ұзындығының тұрақтылығы, детектор сезімталдығын жақсарту, оптикалық жүйелердегі термиялық дрейфті басу және жоғары қуатты жарық диодты өнімділігін қолдау сияқты негізгі мәселелерді тиімді шешеді. Оптоэлектрондық технология жоғары өнімділікке, кішірек өлшемге және кеңірек қолдануға қарай дамып келе жатқанда, TECmodule, peltier салқындатқышы, peltier модулі алмастырылмайтын рөл атқара береді және оның технологиясының өзі де барған сайын талап етілетін талаптарды қанағаттандыру үшін үнемі жаңарып отырады.
Жіберу уақыты: 03 маусым 2025 ж
