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 yang amat diperlukan dalam bidang produk optoelektronik dengan kelebihannya yang unik. Berikut adalah analisis aplikasi luasnya dalam produk optoelektronik:

I. Bidang Aplikasi Teras dan Mekanisme Tindakan

1. Kawalan suhu tepat laser

• Keperluan utama: Semua laser semikonduktor (LDS), sumber pam laser gentian dan kristal 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 konsistensi output sistem.

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

• Jangka hayat yang dipendekkan: Suhu 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 lebih ketepatan lebih tinggi), memastikan kestabilan panjang gelombang, output kuasa yang berterusan, 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:

• Kurangkan arus gelap: Tatasusunan satah fokus inframerah (IRFPA) seperti fotodiod (terutamanya pengesan InGaAs yang digunakan dalam komunikasi inframerah dekat), fotodiod avalanche (APD), dan telur kadmium merkuri (HgCdTe) mempunyai arus gelap yang agak besar pada suhu bilik, mengurangkan dengan ketara nisbah isyarat-kepada-bunyi (SNR) dan nisbah pengesanan bunyi (SNR).

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

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

3. Kawalan suhu sistem dan komponen optik ketepatan

• Keperluan utama: Komponen utama pada platform optik (seperti parut Bragg gentian, penapis, interferometer, kumpulan kanta, penderia CCD/CMOS) adalah sensitif kepada pengembangan terma dan pekali suhu indeks biasan. Perubahan suhu boleh menyebabkan perubahan dalam panjang laluan optik, hanyut panjang fokus dan anjakan panjang gelombang di tengah penapis, yang membawa kepada kemerosotan prestasi sistem (seperti pengimejan kabur, laluan optik 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).

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

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

4. Pengoptimuman prestasi dan lanjutan jangka hayat led

• Keperluan utama: Led berkuasa tinggi (terutamanya untuk tayangan, pencahayaan dan pengawetan UV) menjana haba yang ketara semasa operasi. Peningkatan suhu simpang akan membawa kepada:

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

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

• Pengurangan mendadak dalam jangka hayat: Suhu simpang adalah faktor paling ketara yang mempengaruhi jangka hayat led (mengikut 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 yang selamat dan julat kecerahan LED tradisional, mengekalkan suhu keluaran yang selamat dan cekap dalam julat suhu keluaran yang tinggi. spektrum yang stabil dan jangka hayat yang sangat panjang.

ii. Penjelasan Terperinci tentang Kelebihan Tidak Boleh Gantikan modul TEC modul termoelektrik peranti termoelektrik (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 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. Tindak balas pantas dan kebolehbalikan: Dengan menukar arah semasa, mod penyejukan/pemanasan boleh ditukar serta-merta, dengan kelajuan tindak balas yang pantas (dalam milisaat). Ia amat sesuai untuk menangani beban terma sementara atau aplikasi yang memerlukan kitaran suhu yang tepat (seperti ujian peranti).

4. Pengecilan dan fleksibiliti: Struktur padat (ketebalan paras milimeter), ketumpatan kuasa 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 tempatan: Ia boleh menyejukkan atau memanaskan titik panas tertentu dengan tepat tanpa menyejukkan keseluruhan sistem, menghasilkan nisbah kecekapan tenaga yang lebih tinggi dan reka bentuk sistem yang lebih mudah.

iii. Kes Aplikasi dan Trend Pembangunan

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

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

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

• Pengesanan pendarfluor biologi/Spektrometer Raman: Menyejukkan kamera CCD/CMOS atau tiub photomultiplier (PMT) meningkatkan had pengesanan dan kualiti pengimejan bagi isyarat pendarfluor/Raman yang lemah.

• Eksperimen optik kuantum: Menyediakan persekitaran suhu rendah untuk pengesan foton tunggal (seperti SNSPD wayar nano superkonduktor, yang memerlukan suhu yang sangat rendah, tetapi APD Si/InGaAs 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 (nilai ZT meningkat), kos yang lebih rendah, saiz yang lebih kecil dan kapasiti penyejukan yang lebih kuat; Lebih terintegrasi dengan teknologi pembungkusan termaju (seperti IC 3D, Optik Pembungkusan Bersama); Algoritma kawalan suhu pintar mengoptimumkan kecekapan tenaga.

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