Optoelektronika sahəsində termoelektrik soyutma modulunun, TEC modulunun, peltier soyuducunun inkişafı və tətbiqi

Optoelektronika sahəsində termoelektrik soyutma modulunun, TEC modulunun, peltier soyuducunun inkişafı və tətbiqi

Termoelektrik soyuducu, termoelektrik modul, peltier modulu (TEC) özünəməxsus üstünlükləri ilə optoelektronik məhsullar sahəsində əvəzsiz rol oynayır. Aşağıda onun optoelektronik məhsullarda geniş tətbiqinin təhlili verilmişdir:

I. Əsas Tətbiq Sahələri və Fəaliyyət Mexanizmi

1. Lazerin dəqiq temperatur nəzarəti

• Əsas tələblər: Bütün yarımkeçirici lazerlər (LDS), lifli lazer nasos mənbələri və bərk vəziyyətdə olan lazer kristalları temperatura son dərəcə həssasdır. Temperaturun dəyişməsi aşağıdakılara səbəb ola bilər:

• Dalğa uzunluğunun sürüşməsi: Rabitənin dalğa uzunluğu dəqiqliyinə (məsələn, DWDM sistemlərində) və ya materialın işlənməsinin sabitliyinə təsir edir.

• Çıxış gücünün dəyişməsi: Sistem çıxışının ardıcıllığını azaldır.

• Cərəyan həddinin dəyişməsi: Səmərəliliyi azaldır və enerji istehlakını artırır.

• Qısaldılmış xidmət müddəti: Yüksək temperatur cihazların qocalmasını sürətləndirir.

• TEC modulu, termoelektrik modul funksiyası: Qapalı dövrəli temperatur nəzarət sistemi (temperatur sensoru + nəzarətçi +TEC modulu, TE soyuducu) vasitəsilə lazer çipinin və ya modulunun işləmə temperaturu optimal nöqtədə (adətən 25°C±0,1°C və ya daha yüksək dəqiqlik) sabitləşir, dalğa uzunluğunun maksimum dayanıqlığını, maksimum səmərəlilik müddətini və sabit çıxış müddətini artırır. Bu, optik rabitə, lazer emal və tibbi lazerlər kimi sahələr üçün əsas zəmanətdir.

2. Fotodetektorların/infraqırmızı detektorların soyudulması

• Əsas Tələblər:

• Qaranlıq cərəyanı azaldın: Fotodiodlar (xüsusilə yaxın infraqırmızı rabitədə istifadə olunan InGaAs detektorları), uçqun fotodiodları (APD) və civə kadmium telluridi (HgCdTe) kimi infraqırmızı fokus müstəvisi massivləri (IRFPA) otaq temperaturunda nisbətən böyük qaranlıq cərəyanlara malikdir (siqnal-SN-R nisbətini və həssaslığı əhəmiyyətli dərəcədə azaldır).

• Termal səs-küyün qarşısının alınması: Detektorun özünün termal səs-küyü aşkarlama limitini məhdudlaşdıran əsas amildir (zəif işıq siqnalları və uzaq məsafəli görüntüləmə kimi).

• Termoelektrik soyutma modulu, Peltier modulu (peltier elementi) funksiyası: Detektor çipini və ya bütün paketi alt-mühit temperaturlarına (məsələn, -40°C və ya daha aşağı) qədər soyudun. Qaranlıq cərəyanı və termal səs-küyü əhəmiyyətli dərəcədə azaldın və cihazın həssaslığını, aşkarlama dərəcəsini və təsvir keyfiyyətini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırın. Xüsusilə yüksək performanslı infraqırmızı termal görüntülər, gecə görmə cihazları, spektrometrlər və kvant rabitəsi tək foton detektorları üçün çox vacibdir.

3. Dəqiq optik sistemlərin və komponentlərin temperaturuna nəzarət

• Əsas tələblər: Optik platformanın əsas komponentləri (məsələn, lif Bragg ızgaraları, filtrlər, interferometrlər, linza qrupları, CCD/CMOS sensorları) istilik genişlənməsinə və sınma indeksinin temperatur əmsallarına həssasdır. Temperatur dəyişiklikləri optik yolun uzunluğunda, fokus uzunluğunun sürüşməsində və filtrin mərkəzində dalğa uzunluğunun yerdəyişməsində dəyişikliklərə səbəb ola bilər ki, bu da sistemin performansının pisləşməsinə səbəb ola bilər (məsələn, bulanıq görüntü, qeyri-dəqiq optik yol və ölçmə xətaları).

• TEC modulu, termoelektrik soyutma modulu Funksiya:

• Aktiv temperaturun idarə edilməsi: Əsas optik komponentlər yüksək istilik keçiriciliyi olan substratda quraşdırılır və TEC modulu (peltier soyuducu, peltier cihazı), termoelektrik cihaz temperaturu dəqiq idarə edir (sabit temperatur və ya xüsusi temperatur əyrisini saxlamaq).

• Temperaturun homojenləşdirilməsi: Sistemin istilik sabitliyini təmin etmək üçün avadanlıq daxilində və ya komponentlər arasında temperatur fərqi qradiyentini aradan qaldırın.

• Ətraf mühitin dəyişməsinə qarşı: Xarici mühitin temperatur dəyişikliklərinin daxili dəqiq optik yola təsirini kompensasiya edin. Yüksək dəqiqlikli spektrometrlərdə, astronomik teleskoplarda, fotolitoqrafiya maşınlarında, yüksək səviyyəli mikroskoplarda, optik lifli zondlama sistemlərində və s.

4. Performansın optimallaşdırılması və ledlərin ömrünün uzadılması

• Əsas tələblər: Yüksək güclü ledlər (xüsusilə proyeksiya, işıqlandırma və UV ilə müalicə üçün) əməliyyat zamanı əhəmiyyətli istilik yaradır. Birləşmə temperaturunun artması aşağıdakılara səbəb olacaq:

• İşıq səmərəliliyinin azalması: Elektro-optik konversiya səmərəliliyi azalır.

• Dalğa uzunluğunun dəyişməsi: Rəng ardıcıllığına təsir edir (məsələn, RGB proyeksiyası).

• İstifadə müddətinin kəskin azalması: Birləşmə temperaturu ledlərin xidmət müddətinə təsir edən ən əhəmiyyətli amildir (Arrhenius modelindən sonra).

• TEC modulları, termoelektrik soyuducular, termoelektrik modullar Funksiya: Son dərəcə yüksək gücə və ya ciddi temperatur nəzarəti tələblərinə malik LED tətbiqləri üçün (məsələn, müəyyən proyeksiya işıq mənbələri və elmi dərəcəli işıq mənbələri), termoelektrik modul, termoelektrik soyutma modulu, peltier cihazı, peltier elementi ənənəvi soyutma imkanları daxilində daha güclü və dəqiq istilik keçirmə qabiliyyətini təmin edə bilər. yüksək parlaqlıq çıxışını, sabit spektri və ultra uzun ömür müddətini qoruyan təhlükəsiz və səmərəli diapazon.

II. TEC modullarının əvəzolunmaz üstünlüklərinin ətraflı izahı Opto elektron tətbiqlərində termoelektrik modulların termoelektrik cihazları (peltier soyuducular)

1. Dəqiq temperatur nəzarət qabiliyyəti: Optoelektronik cihazların ciddi temperatur nəzarəti tələblərinə cavab verən havanın soyudulması və mayenin soyudulması kimi passiv və ya aktiv istilik yayılması üsullarını çox üstələyən ±0,01°C və ya daha yüksək dəqiqliklə sabit temperatur nəzarətinə nail ola bilər.

2. Hərəkət edən hissələr və soyuducu yoxdur: Bərk vəziyyətdə işləmə, kompressor və ya fan vibrasiya müdaxiləsi, soyuducu sızması riski, son dərəcə yüksək etibarlılıq, texniki xidmət tələb olunmur, vakuum və boşluq kimi xüsusi mühitlər üçün uyğundur.

3. Sürətli reaksiya və tərs çevrilmə: Cari istiqaməti dəyişdirməklə, soyutma/istilik rejimi sürətli cavab sürəti ilə (millisaniyələrlə) dərhal dəyişdirilə bilər. Xüsusilə keçici istilik yükləri və ya dəqiq temperatur dövriyyəsi tələb edən tətbiqlər (cihaz testi kimi) ilə işləmək üçün uyğundur.

4. Miniatürləşdirmə və çeviklik: Kompakt struktur (millimetr səviyyəli qalınlıq), yüksək güc sıxlığı və çip səviyyəli, modul səviyyəli və ya sistem səviyyəli qablaşdırmaya çevik şəkildə inteqrasiya oluna bilər, müxtəlif məkan məhdud optoelektronik məhsulların dizaynına uyğunlaşır.

5. Yerli dəqiq temperatur nəzarəti: O, bütün sistemi soyutmadan xüsusi qaynar nöqtələri dəqiq şəkildə soyuda və ya qızdıra bilər, nəticədə daha yüksək enerji səmərəliliyi nisbəti və daha sadələşdirilmiş sistem dizaynı əldə edilir.

Iii. Tətbiq halları və inkişaf meylləri

• Optik modullar: Micro TEC modulu (mikro termoelektrik soyutma modulu, termoelektrik soyutma modulu soyutma DFB/EML lazerləri adətən 10G/25G/100G/400G və daha yüksək sürətli pluble optik modullarda istifadə olunur (SFP+, QSFP-DD, uzun ötürülmə sürəti zamanı xəta nümunəsi və OSFP zamanı).

• LiDAR: Avtomobil və sənaye LiDAR-da kənar emissiya edən və ya VCSEL lazer işıq mənbələri xüsusilə uzun məsafə və yüksək ayırdetmə aşkarlama tələb edən ssenarilərdə nəbz sabitliyini və diapazonun dəqiqliyini təmin etmək üçün TEC modulları termoelektrik soyutma modulları, termoelektrik soyuducular, peltier modulları tələb edir.

• İnfraqırmızı termal görüntü cihazı: Yüksək səviyyəli soyudulmamış mikro-radiometr fokus müstəvisi massivi (UFPA) bir və ya çoxlu TEC modul termoelektrik soyutma modulu mərhələləri vasitəsilə iş temperaturunda (adətən ~32°C) sabitləşərək temperatur sürüşmə səs-küyünü azaldır; Soyudulmuş orta dalğa/uzun dalğalı infraqırmızı detektorlar (MCT, InSb) dərin soyutma tələb edir (-196°C Stirling soyuducuları ilə əldə edilir, lakin miniatürləşdirilmiş tətbiqlərdə TEC modul termoelektrik modulu, peltier modulu əvvəlcədən soyutma və ya ikinci dərəcəli temperatur nəzarəti üçün istifadə edilə bilər).

• Bioloji flüoresans aşkarlama/Raman spektrometri: CCD/CMOS kamera və ya fotoçoxaltma borusunun (PMT) soyudulması zəif flüoresan/Raman siqnallarının aşkarlanma limitini və təsvir keyfiyyətini xeyli artırır.

• Kvant optik təcrübələri: Tək fotonlu detektorlar üçün aşağı temperaturlu mühit təmin edin (məsələn, son dərəcə aşağı temperatur tələb edən superkeçirici nanotel SNSPD, lakin Si/InGaAs APD adətən TEC Modulu, termoelektrik soyutma modulu, termoelektrik işıq mənbəyi, TE soyuducu modulu ilə soyudulur).

• İnkişaf tendensiyası: Termoelektrik soyutma modulunun, termoelektrik cihazının, daha yüksək effektivliyə (artan ZT dəyəri), aşağı qiymətə, daha kiçik ölçülərə və daha güclü soyutma qabiliyyətinə malik TEC modulunun tədqiqi və inkişafı; Qabaqcıl qablaşdırma texnologiyaları (məsələn, 3D IC, Co-Packaged Optics) ilə daha sıx inteqrasiya olunur; Ağıllı temperatur nəzarət alqoritmləri enerji səmərəliliyini optimallaşdırır.

Termoelektrik soyutma modulları, termoelektrik soyuducular, termoelektrik modullar, peltier elementləri, peltier cihazları müasir yüksək performanslı optoelektronik məhsulların əsas istilik idarəetmə komponentlərinə çevrilmişdir. Onun dəqiq temperatur nəzarəti, bərk cismin etibarlılığı, sürətli reaksiyası, kiçik ölçüsü və elastikliyi lazer dalğa uzunluqlarının sabitliyi, detektorun həssaslığının yaxşılaşdırılması, optik sistemlərdə termal sürüşmənin qarşısının alınması və yüksək güclü LED performansının saxlanması kimi əsas problemləri effektiv şəkildə həll edir. Optoelektronik texnologiya daha yüksək performansa, daha kiçik ölçülərə və daha geniş tətbiqə doğru inkişaf etdikcə, TECmodul, peltier soyuducu, peltier modulu əvəzedilməz rol oynamağa davam edəcək və onun texnologiyası da getdikcə artan tələblərə cavab vermək üçün daim yeniliklər edir.