Pembangunan dan aplikasi modul penyejukan termoelektrik, modul TEC, penyejuk peltier dalam bidang optoelektronik

Pembangunan dan aplikasi modul penyejukan termoelektrik, modul TEC, penyejuk peltier dalam bidang optoelektronik

Penyejuk termoelektrik, modul termoelektrik, modul peltier (TEC) memainkan peranan penting dalam bidang produk optoelektronik dengan kelebihan uniknya. Berikut ialah analisis aplikasinya yang meluas dalam produk optoelektronik:

I. Bidang Aplikasi Teras dan Mekanisme Tindakan

1. Kawalan suhu laser yang tepat

• Keperluan utama: Semua laser semikonduktor (LDS), sumber pam laser gentian dan hablur laser keadaan pepejal sangat sensitif terhadap suhu. Perubahan suhu boleh menyebabkan:

• Hanyutan panjang gelombang: Mempengaruhi ketepatan panjang gelombang komunikasi (seperti dalam sistem DWDM) atau kestabilan pemprosesan bahan.

• Turun naik kuasa output: Mengurangkan ketekalan output sistem.

• Variasi arus ambang: Mengurangkan kecekapan dan meningkatkan penggunaan kuasa.

• Jangka hayat yang dipendekkan: Suhu yang tinggi mempercepatkan penuaan peranti.

• Modul TEC, fungsi modul termoelektrik: Melalui sistem kawalan suhu gelung tertutup (sensor suhu + pengawal +modul TEC, penyejuk TE), suhu operasi cip atau modul laser distabilkan pada titik optimum (biasanya 25°C±0.1°C atau ketepatan yang lebih tinggi), memastikan kestabilan panjang gelombang, output kuasa malar, kecekapan maksimum dan jangka hayat yang dilanjutkan. Ini adalah jaminan asas untuk bidang seperti komunikasi optik, pemprosesan laser dan laser perubatan.

2. Penyejukan pengesan foto/pengesan inframerah

• Keperluan Utama:

• Mengurangkan arus gelap: Tatasusunan satah fokus inframerah (IRFPA) seperti fotodiod (terutamanya pengesan InGaAs yang digunakan dalam komunikasi inframerah dekat), fotodiod runtuhan salji (APD) dan merkuri kadmium telluride (HgCdTe) mempunyai arus gelap yang agak besar pada suhu bilik, sekali gus mengurangkan nisbah isyarat-ke-hingar (SNR) dan kepekaan pengesanan dengan ketara.

• Penindasan hingar terma: Hingar terma pengesan itu sendiri merupakan faktor utama yang mengehadkan had pengesanan (seperti isyarat cahaya lemah dan pengimejan jarak jauh).

• Modul penyejukan termoelektrik, fungsi modul Peltier (elemen peltier): Menyejukkan cip pengesan atau keseluruhan pakej kepada suhu sub-ambien (seperti -40°C atau lebih rendah). Mengurangkan arus gelap dan hingar terma dengan ketara, dan meningkatkan kepekaan, kadar pengesanan dan kualiti pengimejan peranti dengan ketara. Ia amat penting untuk pengimej terma inframerah berprestasi tinggi, peranti penglihatan malam, spektrometer dan pengesan foton tunggal komunikasi kuantum.

3. Kawalan suhu sistem dan komponen optik jitu

• Keperluan utama: Komponen utama pada platform optik (seperti kekisi gentian Bragg, penapis, interferometer, kumpulan kanta, sensor CCD/CMOS) sensitif terhadap pengembangan haba dan pekali suhu indeks biasan. Perubahan suhu boleh menyebabkan perubahan dalam panjang laluan optik, hanyutan panjang fokus dan anjakan panjang gelombang di tengah penapis, yang membawa kepada kemerosotan prestasi sistem (seperti pengimejan kabur, laluan optik yang tidak tepat dan ralat pengukuran).

• Modul TEC, modul penyejukan termoelektrik Fungsi:

• Kawalan suhu aktif: Komponen optik utama dipasang pada substrat kekonduksian terma yang tinggi, dan modul TEC (penyejuk peltier, peranti peltier), peranti termoelektrik mengawal suhu dengan tepat (mengekalkan suhu malar atau lengkung suhu tertentu).

• Penyeragaman suhu: Singkirkan kecerunan perbezaan suhu dalam peralatan atau antara komponen untuk memastikan kestabilan terma sistem.

• Mengimbangi turun naik persekitaran: Mengimbangi kesan perubahan suhu persekitaran luaran pada laluan optik ketepatan dalaman. Ia digunakan secara meluas dalam spektrometer ketepatan tinggi, teleskop astronomi, mesin fotolitografi, mikroskop canggih, sistem penderiaan gentian optik, dsb.

4. Pengoptimuman prestasi dan pemanjangan jangka hayat lampu LED

• Keperluan utama: LED berkuasa tinggi (terutamanya untuk unjuran, pencahayaan dan pengawetan UV) menghasilkan haba yang ketara semasa operasi. Peningkatan suhu simpang akan menyebabkan:

• Kecekapan bercahaya berkurangan: Kecekapan penukaran elektro-optik berkurangan.

• Anjakan panjang gelombang: Mempengaruhi ketekalan warna (seperti unjuran RGB).

• Pengurangan jangka hayat yang mendadak: Suhu simpang merupakan faktor paling ketara yang mempengaruhi jangka hayat LED (mengikuti model Arrhenius).

• Modul TEC, penyejuk termoelektrik, modul termoelektrik Fungsi: Untuk aplikasi LED dengan kuasa yang sangat tinggi atau keperluan kawalan suhu yang ketat (seperti sumber cahaya unjuran tertentu dan sumber cahaya gred saintifik), modul termoelektrik, modul penyejukan termoelektrik, peranti peltier, elemen peltier boleh memberikan keupayaan penyejukan aktif yang lebih berkuasa dan tepat daripada sink haba tradisional, mengekalkan suhu simpang LED dalam julat yang selamat dan cekap, mengekalkan output kecerahan yang tinggi, spektrum yang stabil dan jangka hayat yang ultra panjang.

Ii. Penjelasan Terperinci tentang Kelebihan Modul TEC yang Tidak Boleh Digantikan, Peranti Termoelektrik Modul TEC (Penyejuk Peltier) dalam Aplikasi Elektronik Opto

1. Keupayaan kawalan suhu yang tepat: Ia boleh mencapai kawalan suhu yang stabil dengan ketepatan ±0.01°C atau lebih tinggi, jauh melebihi kaedah pelesapan haba pasif atau aktif seperti penyejukan udara dan penyejukan cecair, memenuhi keperluan kawalan suhu yang ketat bagi peranti optoelektronik.

2. Tiada bahagian yang bergerak dan tiada bahan pendingin: Operasi keadaan pepejal, tiada gangguan getaran pemampat atau kipas, tiada risiko kebocoran bahan pendingin, kebolehpercayaan yang sangat tinggi, bebas penyelenggaraan, sesuai untuk persekitaran khas seperti vakum dan ruang.

3. Respons pantas dan kebolehbalikan: Dengan mengubah arah arus, mod penyejukan/pemanasan boleh ditukar serta-merta, dengan kelajuan tindak balas pantas (dalam milisaat). Ia amat sesuai untuk menangani beban haba sementara atau aplikasi yang memerlukan kitaran suhu yang tepat (seperti ujian peranti).

4. Pengecilan dan fleksibiliti: Struktur padat (ketebalan peringkat milimeter), ketumpatan kuasa yang tinggi, dan boleh disepadukan secara fleksibel ke dalam pembungkusan peringkat cip, peringkat modul atau peringkat sistem, menyesuaikan diri dengan reka bentuk pelbagai produk optoelektronik yang terhad ruang.

5. Kawalan suhu tepat setempat: Ia boleh menyejukkan atau memanaskan titik panas tertentu dengan tepat tanpa menyejukkan seluruh sistem, menghasilkan nisbah kecekapan tenaga yang lebih tinggi dan reka bentuk sistem yang lebih ringkas.

III. Kes Aplikasi dan Trend Pembangunan

• Modul optik: Modul Mikro TEC (modul penyejukan mikro termoelektrik, modul penyejukan termoelektrik penyejukan laser DFB/EML biasanya digunakan dalam modul optik boleh lentur 10G/25G/100G/400G dan kadar yang lebih tinggi (SFP+, QSFP-DD, OSFP) untuk memastikan kualiti corak mata dan kadar ralat bit semasa penghantaran jarak jauh.

• LiDAR: Sumber cahaya laser pemancar tepi atau VCSEL dalam LiDAR automotif dan perindustrian memerlukan modul TEC, modul penyejukan termoelektrik, penyejuk termoelektrik, modul peltier untuk memastikan kestabilan denyut dan ketepatan julat, terutamanya dalam senario yang memerlukan pengesanan jarak jauh dan resolusi tinggi.

• Pengimej terma inframerah: Susunan satah fokus mikro-radiometer tak sejuk (UFPA) mewah distabilkan pada suhu operasi (biasanya ~32°C) melalui satu atau berbilang peringkat modul penyejukan termoelektrik modul TEC, mengurangkan hingar hanyutan suhu; Pengesan inframerah gelombang sederhana/gelombang panjang yang disejukkan (MCT, InSb) memerlukan penyejukan mendalam (-196°C dicapai oleh peti sejuk Stirling, tetapi dalam aplikasi miniatur, modul termoelektrik modul TEC, modul peltier boleh digunakan untuk pra-penyejukan atau kawalan suhu sekunder).

• Pengesanan pendarfluor biologi/spektrometer Raman: Penyejukan kamera CCD/CMOS atau tiub pengganda foto (PMT) dapat meningkatkan had pengesanan dan kualiti pengimejan isyarat pendarfluor/Raman yang lemah dengan ketara.

• Eksperimen optik kuantum: Menyediakan persekitaran suhu rendah untuk pengesan foton tunggal (seperti wayar nano superkonduktor SNSPD, yang memerlukan suhu yang sangat rendah, tetapi Si/InGaAs APD biasanya disejukkan oleh Modul TEC, modul penyejukan termoelektrik, modul termoelektrik, penyejuk TE) ​​dan sumber cahaya kuantum tertentu.

• Trend pembangunan: Penyelidikan dan pembangunan modul penyejukan termoelektrik, peranti termoelektrik, modul TEC dengan kecekapan yang lebih tinggi (peningkatan nilai ZT), kos yang lebih rendah, saiz yang lebih kecil dan kapasiti penyejukan yang lebih kuat; Lebih bersepadu dengan teknologi pembungkusan canggih (seperti IC 3D, Optik Berbungkus Bersama); Algoritma kawalan suhu pintar mengoptimumkan kecekapan tenaga.

Modul penyejukan termoelektrik, penyejuk termoelektrik, modul termoelektrik, elemen peltier, peranti peltier telah menjadi komponen pengurusan terma teras bagi produk optoelektronik berprestasi tinggi moden. Kawalan suhu yang tepat, kebolehpercayaan keadaan pepejal, tindak balas yang pantas, dan saiz serta fleksibiliti yang kecil berkesan menangani cabaran utama seperti kestabilan panjang gelombang laser, peningkatan kepekaan pengesan, penindasan hanyutan terma dalam sistem optik, dan penyelenggaraan prestasi LED berkuasa tinggi. Seiring dengan perkembangan teknologi optoelektronik ke arah prestasi yang lebih tinggi, saiz yang lebih kecil dan aplikasi yang lebih luas, modul TEC, penyejuk peltier, modul peltier akan terus memainkan peranan yang tidak tergantikan, dan teknologinya sendiri juga sentiasa berinovasi untuk memenuhi keperluan yang semakin mencabar.