Ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլի, TEC մոդուլի, Պելտիեի սառեցուցիչի մշակումը և կիրառումը օպտոէլեկտրոնիկայի ոլորտում։

Ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլի, TEC մոդուլի, Պելտիեի սառեցուցիչի մշակումը և կիրառումը օպտոէլեկտրոնիկայի ոլորտում։

Ջերմաէլեկտրական սառեցուցիչը, ջերմաէլեկտրական մոդուլը, պելտիեի մոդուլը (TEC) անփոխարինելի դեր է խաղում օպտոէլեկտրոնային արտադրանքի ոլորտում՝ իր եզակի առավելություններով։ Ստորև ներկայացված է դրա լայն կիրառման վերլուծությունը օպտոէլեկտրոնային արտադրանքում։

I. Կիրառման հիմնական ոլորտները և գործողության մեխանիզմը

1. Լազերի ճշգրիտ ջերմաստիճանի կառավարում

• Հիմնական պահանջներ. Բոլոր կիսահաղորդչային լազերները (LDS), մանրաթելային լազերային պոմպային աղբյուրները և պինդ վիճակում գտնվող լազերային բյուրեղները չափազանց զգայուն են ջերմաստիճանի նկատմամբ: Ջերմաստիճանի փոփոխությունները կարող են հանգեցնել.

• Ալիքի երկարության շեղում. Ազդում է հաղորդակցման ալիքի երկարության ճշգրտության վրա (օրինակ՝ DWDM համակարգերում) կամ նյութի մշակման կայունության վրա։

• Ելքային հզորության տատանում. Նվազեցնում է համակարգի ելքային ազդանշանի կայունությունը։

• Սահմանային հոսանքի տատանում. Նվազեցնում է արդյունավետությունը և մեծացնում է էներգիայի սպառումը։

• Կրճատված ծառայության ժամկետ. Բարձր ջերմաստիճանը արագացնում է սարքերի ծերացումը։

• TEC մոդուլ, ջերմաէլեկտրական մոդուլի ֆունկցիա. փակ ցիկլով ջերմաստիճանի կառավարման համակարգի միջոցով (ջերմաստիճանի սենսոր + կարգավորիչ + TEC մոդուլ, TE սառեցուցիչ), լազերային չիպի կամ մոդուլի աշխատանքային ջերմաստիճանը կայունանում է օպտիմալ կետում (սովորաբար 25°C ± 0.1°C կամ նույնիսկ ավելի բարձր ճշգրտությամբ), ապահովելով ալիքի երկարության կայունություն, հաստատուն հզորության ելք, առավելագույն արդյունավետություն և երկարացված կյանքի տևողություն: Սա հիմնարար երաշխիք է այնպիսի ոլորտների համար, ինչպիսիք են օպտիկական կապը, լազերային մշակումը և բժշկական լազերները:

2. Լուսաճանաչիչների/ինֆրակարմիր դետեկտորների սառեցում

• Հիմնական պահանջներ՝

• Նվազեցնել մութ հոսանքը. Ինֆրակարմիր ֆոկուսային հարթության մատրիցները (IRFPA), ինչպիսիք են ֆոտոդիոդները (հատկապես մոտ-ինֆրակարմիր կապի մեջ օգտագործվող InGaAs դետեկտորները), ձնահոսքի ֆոտոդիոդները (APD) և սնդիկի կադմիումի տելուրիդը (HgCdTe), սենյակային ջերմաստիճանում ունեն համեմատաբար մեծ մութ հոսանքներ, ինչը զգալիորեն նվազեցնում է ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցությունը (SNR) և հայտնաբերման զգայունությունը:

• Ջերմային աղմուկի ճնշում. Դետեկտորի ջերմային աղմուկը հայտնաբերման սահմանը սահմանափակող հիմնական գործոնն է (օրինակ՝ թույլ լուսային ազդանշանները և հեռահար պատկերումը):

• Ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլ, Պելտիե մոդուլ (պելտիե տարր) ֆունկցիա. Սառեցնում է դետեկտորի չիպը կամ ամբողջ փաթեթը մինչև շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանից ցածր (օրինակ՝ -40°C կամ նույնիսկ ավելի ցածր): Զգալիորեն նվազեցնում է մութ հոսանքը և ջերմային աղմուկը, և զգալիորեն բարելավում է սարքի զգայունությունը, հայտնաբերման արագությունը և պատկերման որակը: Այն հատկապես կարևոր է բարձր արդյունավետությամբ ինֆրակարմիր ջերմային պատկերիչների, գիշերային տեսողության սարքերի, սպեկտրոմետրերի և քվանտային հաղորդակցության միաֆոտոնային դետեկտորների համար:

3. Ճշգրիտ օպտիկական համակարգերի և բաղադրիչների ջերմաստիճանի կարգավորում

• Հիմնական պահանջներ. Օպտիկական հարթակի հիմնական բաղադրիչները (օրինակ՝ մանրաթելային Բրեգգի ցանցերը, ֆիլտրերը, ինտերֆերոմետրերը, ոսպնյակների խմբերը, CCD/CMOS սենսորները) զգայուն են ջերմային ընդարձակման և բեկման ցուցիչի ջերմաստիճանի գործակիցների նկատմամբ: Ջերմաստիճանի փոփոխությունները կարող են առաջացնել ֆիլտրի կենտրոնում օպտիկական ուղու երկարության, ֆոկուսային հեռավորության շեղման և ալիքի երկարության տեղաշարժի փոփոխություններ, ինչը հանգեցնում է համակարգի աշխատանքի վատթարացման (օրինակ՝ պատկերի մշուշոտություն, անճշտ օպտիկական ուղի և չափման սխալներ):

• TEC մոդուլ, ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլ Գործառույթը՝

• Ակտիվ ջերմաստիճանի կառավարում. Հիմնական օպտիկական բաղադրիչները տեղադրված են բարձր ջերմահաղորդականությամբ հիմքի վրա, իսկ TEC մոդուլը (պելտիեի սառեցուցիչ, պելտիեի սարք), ջերմաէլեկտրական սարքը, ճշգրտորեն կարգավորում է ջերմաստիճանը (պահպանելով հաստատուն ջերմաստիճան կամ ջերմաստիճանի որոշակի կոր):

• Ջերմաստիճանի համասեռացում. Վերացրեք սարքավորումների ներսում կամ բաղադրիչների միջև ջերմաստիճանի տարբերության գրադիենտը՝ համակարգի ջերմային կայունությունն ապահովելու համար։

• Հակազդել շրջակա միջավայրի տատանումներին. փոխհատուցել արտաքին միջավայրի ջերմաստիճանի փոփոխությունների ազդեցությունը ներքին ճշգրիտ օպտիկական ուղու վրա: Այն լայնորեն կիրառվում է բարձր ճշգրտության սպեկտրոմետրերում, աստղագիտական ​​աստղադիտակներում, լուսանկարչական լիտոգրաֆիկ սարքերում, բարձրակարգ մանրադիտակներում, օպտիկական մանրաթելային զգայուն համակարգերում և այլն:

4. LED-ների աշխատանքի օպտիմալացում և կյանքի տևողության երկարացում

• Հիմնական պահանջներ. Բարձր հզորության լուսադիոդները (հատկապես պրոյեկցիայի, լուսավորության և ուլտրամանուշակագույն կարծրացման համար) շահագործման ընթացքում զգալի ջերմություն են առաջացնում: Հանգույցի ջերմաստիճանի բարձրացումը կհանգեցնի.

• Լուսային արդյունավետության նվազում. Էլեկտրաօպտիկական փոխակերպման արդյունավետությունը նվազում է։

• Ալիքի երկարության տեղաշարժ. Ազդում է գույների հետևողականության վրա (օրինակ՝ RGB պրոյեկցիայի):

• Կյանքի տևողության կտրուկ կրճատում. միացման ջերմաստիճանը լուսադիոդների կյանքի տևողության վրա ազդող ամենակարևոր գործոնն է (հետևելով Արենիուսի մոդելին):

• TEC մոդուլներ, ջերմաէլեկտրական սառեցուցիչներ, ջերմաէլեկտրական մոդուլներ Գործառույթ. LED կիրառությունների համար, որոնք ունեն չափազանց բարձր հզորություն կամ խիստ ջերմաստիճանի կառավարման պահանջներ (օրինակ՝ որոշակի պրոյեկցիոն լույսի աղբյուրներ և գիտական ​​մակարդակի լույսի աղբյուրներ), ջերմաէլեկտրական մոդուլը, ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլը, պելտիե սարքը, պելտիե տարրը կարող են ապահովել ավելի հզոր և ճշգրիտ ակտիվ սառեցման հնարավորություններ, քան ավանդական ջերմափոխանակիչները, պահպանելով LED միացման ջերմաստիճանը անվտանգ և արդյունավետ միջակայքում, պահպանելով բարձր պայծառության ելքը, կայուն սպեկտրը և գերերկար ծառայության ժամկետը։

Ii. TEC մոդուլների ջերմաէլեկտրական մոդուլների ջերմաէլեկտրական սարքերի (Պելտիեի սառեցուցիչներ) անփոխարինելի առավելությունների մանրամասն բացատրությունը օպտոէլեկտրոնային կիրառություններում

1. Ջերմաստիճանի ճշգրիտ կարգավորման հնարավորություն. Այն կարող է ապահովել կայուն ջերմաստիճանի կարգավորում ±0.01°C կամ նույնիսկ ավելի բարձր ճշգրտությամբ, զգալիորեն գերազանցելով պասիվ կամ ակտիվ ջերմափոխանակման մեթոդները, ինչպիսիք են օդային սառեցումը և հեղուկային սառեցումը, բավարարելով օպտոէլեկտրոնային սարքերի խիստ ջերմաստիճանի կարգավորման պահանջները:

2. Շարժական մասեր և սառնագենտ չկան. Աշխատում է պինդ վիճակում, կոմպրեսորի կամ օդափոխիչի թրթռման միջամտություն չկա, սառնագենտի արտահոսքի ռիսկ չկա, չափազանց բարձր հուսալիություն, սպասարկում չի պահանջում, հարմար է հատուկ միջավայրերի, ինչպիսիք են վակուումը և տիեզերքը:

3. Արագ արձագանք և շրջելիություն. Հոսանքի ուղղությունը փոխելով՝ սառեցման/տաքացման ռեժիմը կարող է անմիջապես փոխվել՝ արագ արձագանքման արագությամբ (միլիվայրկյաններով): Այն հատկապես հարմար է անցողիկ ջերմային բեռների կամ ճշգրիտ ջերմաստիճանային ցիկլ պահանջող կիրառությունների հետ գործ ունենալու համար (օրինակ՝ սարքի փորձարկում):

4. Մանրացում և ճկունություն. Կոմպակտ կառուցվածք (միլիմետրի մակարդակի հաստություն), բարձր հզորության խտություն և կարող է ճկունորեն ինտեգրվել չիպի մակարդակի, մոդուլի մակարդակի կամ համակարգի մակարդակի փաթեթավորման մեջ՝ հարմարվելով տարբեր տարածական սահմանափակված օպտոէլեկտրոնային արտադրանքի նախագծմանը:

5. Տեղական ճշգրիտ ջերմաստիճանի կառավարում. Այն կարող է ճշգրտորեն սառեցնել կամ տաքացնել որոշակի տաք կետեր՝ առանց ամբողջ համակարգը սառեցնելու, ինչը հանգեցնում է ավելի բարձր էներգաարդյունավետության հարաբերակցության և համակարգի ավելի պարզեցված դիզայնի:

Iii. Կիրառման դեպքեր և զարգացման միտումներ

• Օպտիկական մոդուլներ. Միկրո TEC մոդուլը (միկրո ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլ, ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլ սառեցնող DFB/EML լազերները սովորաբար օգտագործվում են 10G/25G/100G/400G և ավելի բարձր հաճախականության հուսալի օպտիկական մոդուլներում (SFP+, QSFP-DD, OSFP)՝ երկար հեռավորության վրա փոխանցման ժամանակ աչքի պատկերի որակը և բիթային սխալի հաճախականությունն ապահովելու համար:

• LiDAR. Ավտոմոբիլային և արդյունաբերական LiDAR-ում եզրային ճառագայթող կամ VCSEL լազերային լույսի աղբյուրները պահանջում են TEC մոդուլներ՝ ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլներ, ջերմաէլեկտրական սառեցուցիչներ, պելտիե մոդուլներ՝ իմպուլսային կայունություն և հեռահարության ճշգրտություն ապահովելու համար, հատկապես այն դեպքերում, երբ պահանջվում է մեծ հեռավորության և բարձր թույլտվության հայտնաբերում:

• Ինֆրակարմիր ջերմային պատկերիչ. Բարձրակարգ չսառեցված միկրոռադիոմետրիկ ֆոկուսային հարթության մատրիցը (UFPA) կայունացվում է աշխատանքային ջերմաստիճանում (սովորաբար ~32°C) մեկ կամ մի քանի TEC մոդուլի ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլի փուլերի միջոցով, ինչը նվազեցնում է ջերմաստիճանի շեղման աղմուկը։ Սառնարանային միջին ալիքային/երկար ալիքային ինֆրակարմիր դետեկտորները (MCT, InSb) պահանջում են խորը սառեցում (-196°C-ին հասնում են Stirling սառնարանները, բայց մանրանկարչական կիրառություններում TEC մոդուլի ջերմաէլեկտրական մոդուլը, Պելտիեի մոդուլը կարող են օգտագործվել նախնական սառեցման կամ երկրորդային ջերմաստիճանի կարգավորման համար):

• Կենսաբանական ֆլուորեսցենցիայի հայտնաբերում/Ռամանի սպեկտրոմետր. CCD/CMOS տեսախցիկի կամ լուսաբազմապատկիչ խողովակի (PMT) սառեցումը զգալիորեն բարելավում է թույլ ֆլուորեսցենցիայի/Ռամանի ազդանշանների հայտնաբերման սահմանը և պատկերման որակը:

• Քվանտային օպտիկական փորձեր. Ապահովել ցածր ջերմաստիճանային միջավայր միաֆոտոնային դետեկտորների համար (օրինակ՝ գերհաղորդիչ նանոլոր SNSPD-ն, որը պահանջում է չափազանց ցածր ջերմաստիճաններ, սակայն Si/InGaAs APD-ն սովորաբար սառեցվում է TEC մոդուլով, ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլով, ջերմաէլեկտրական մոդուլով, TE սառեցնողով) և որոշակի քվանտային լույսի աղբյուրներով։

• Զարգացման միտում. Ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլի, ջերմաէլեկտրական սարքի, TEC մոդուլի հետազոտություն և մշակում՝ ավելի բարձր արդյունավետությամբ (ZT արժեքի աճ), ավելի ցածր գնով, փոքր չափսերով և ավելի ուժեղ սառեցման հզորությամբ։ Ավելի սերտորեն ինտեգրված է առաջադեմ փաթեթավորման տեխնոլոգիաների հետ (օրինակ՝ 3D ինտեգրալ սխեմա, համատեղ փաթեթավորված օպտիկա)։ Ինտելեկտուալ ջերմաստիճանի կառավարման ալգորիթմները օպտիմալացնում են էներգաարդյունավետությունը։

Ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլները, ջերմաէլեկտրական սառեցուցիչները, ջերմաէլեկտրական մոդուլները, պելտիե տարրերը, պելտիե սարքերը դարձել են ժամանակակից բարձր արդյունավետությամբ օպտոէլեկտրոնային արտադրանքի հիմնական ջերմային կառավարման բաղադրիչները: Դրա ճշգրիտ ջերմաստիճանի կառավարումը, պինդ վիճակի հուսալիությունը, արագ արձագանքը, փոքր չափսերն ու ճկունությունը արդյունավետորեն լուծում են այնպիսի հիմնական մարտահրավերներ, ինչպիսիք են լազերային ալիքի երկարությունների կայունությունը, դետեկտորի զգայունության բարելավումը, օպտիկական համակարգերում ջերմային շեղման ճնշումը և բարձր հզորության LED-ների աշխատանքի պահպանումը: Քանի որ օպտոէլեկտրոնային տեխնոլոգիան զարգանում է դեպի ավելի բարձր արդյունավետություն, փոքր չափսեր և ավելի լայն կիրառություն, TEC մոդուլը, պելտիե սառեցուցիչը, պելտիե մոդուլը կշարունակեն խաղալ անփոխարինելի դեր, և դրա տեխնոլոգիան ինքնին նույնպես անընդհատ նորարարություններ է կատարում՝ ավելի ու ավելի պահանջկոտ պահանջները բավարարելու համար: