Ang pag-unlad at aplikasyon ng thermoelectric cooling module, TEC module, at peltier cooler sa larangan ng optoelectronics.

Ang pag-unlad at aplikasyon ng thermoelectric cooling module, TEC module, at peltier cooler sa larangan ng optoelectronics.

Ang Thermoelectric Cooler, thermoelectric module, at peltier module (TEC) ay gumaganap ng isang napakahalagang papel sa larangan ng mga produktong optoelectronic dahil sa mga natatanging bentahe nito. Ang sumusunod ay isang pagsusuri sa malawak na aplikasyon nito sa mga produktong optoelectronic:

I. Mga Pangunahing Larangan ng Aplikasyon at Mekanismo ng Pagkilos

1. Tumpak na pagkontrol sa temperatura ng laser

• Mga Pangunahing Kinakailangan: Lahat ng semiconductor laser (LDS), fiber laser pump sources, at solid-state laser crystals ay lubhang sensitibo sa temperatura. Ang mga pagbabago sa temperatura ay maaaring humantong sa:

• Pag-anod ng wavelength: Nakakaapekto sa katumpakan ng wavelength ng komunikasyon (tulad ng sa mga sistemang DWDM) o sa katatagan ng pagproseso ng materyal.

• Pagbabagu-bago ng lakas ng output: Binabawasan ang pagkakapare-pareho ng output ng sistema.

• Pagbabago-bago ng threshold current: Binabawasan ang kahusayan at pinapataas ang konsumo ng kuryente.

• Pinaikling habang-buhay: Pinabibilis ng matataas na temperatura ang pagtanda ng mga aparato.

• TEC module, tungkulin ng thermoelectric module: Sa pamamagitan ng isang closed-loop temperature control system (temperature sensor + controller +TEC module, TE cooler), ang operating temperature ng laser chip o module ay pinapanatiling matatag sa pinakamainam na punto (karaniwang 25°C±0.1°C o mas mataas pa na katumpakan), na tinitiyak ang katatagan ng wavelength, pare-parehong power output, pinakamataas na kahusayan at pinahabang lifespan. Ito ang pangunahing garantiya para sa mga larangan tulad ng optical communication, laser processing, at medical lasers.

2. Pagpapalamig ng mga photodetector/infrared detector

• Mga Pangunahing Kinakailangan:

• Bawasan ang dark current: Ang mga infrared focal plane array (IRFPA) tulad ng mga photodiode (lalo na ang mga InGaAs detector na ginagamit sa near-infrared communication), avalanche photodiode (APD), at mercury cadmium telluride (HgCdTe) ay may medyo malalaking dark current sa temperatura ng silid, na makabuluhang binabawasan ang signal-to-noise ratio (SNR) at detection sensitivity.

• Pagsugpo sa thermal noise: Ang thermal noise ng detector mismo ang pangunahing salik na naglilimita sa limitasyon ng pagtuklas (tulad ng mahinang signal ng liwanag at long-distance imaging).

• Thermoelectric cooling module, tungkulin ng Peltier module (peltier element): Palamigin ang detector chip o ang buong pakete sa mga temperaturang nasa ilalim ng ambient (tulad ng -40°C o mas mababa pa). Makabuluhang binabawasan ang dark current at thermal noise, at makabuluhang pinapabuti ang sensitivity, detection rate, at kalidad ng imaging ng device. Ito ay partikular na mahalaga para sa mga high-performance infrared thermal imager, night vision device, spectrometer, at quantum communication single-photon detector.

3. Pagkontrol ng temperatura ng mga sistema at bahagi ng optika na may katumpakan

• Mga Pangunahing Kinakailangan: Ang mga pangunahing bahagi sa optical platform (tulad ng fiber Bragg gratings, mga filter, interferometer, lens group, CCD/CMOS sensor) ay sensitibo sa thermal expansion at refractive index temperature coefficients. Ang mga pagbabago sa temperatura ay maaaring magdulot ng mga pagbabago sa haba ng optical path, focal length drift, at wavelength shift sa gitna ng filter, na humahantong sa pagkasira ng performance ng system (tulad ng blurred imaging, hindi tumpak na optical path, at mga error sa pagsukat).

• Modyul ng TEC, modyul ng thermoelectric cooling Tungkulin:

• Aktibong pagkontrol ng temperatura: Ang mga pangunahing bahaging optikal ay naka-install sa isang substrate na may mataas na thermal conductivity, at ang TEC module (peltier cooler, peltier device), thermoelectric device, ay tumpak na kumokontrol sa temperatura (na nagpapanatili ng isang pare-parehong temperatura o isang partikular na kurba ng temperatura).

• Homogenisasyon ng temperatura: Alisin ang gradient ng pagkakaiba ng temperatura sa loob ng kagamitan o sa pagitan ng mga bahagi upang matiyak ang thermal stability ng sistema.

• Kontrahin ang mga pagbabago-bago sa kapaligiran: Binabawi ang epekto ng mga panlabas na pagbabago sa temperatura ng kapaligiran sa panloob na precision optical path. Malawakang ginagamit ito sa mga high-precision spectrometer, astronomical telescope, photolithography machine, high-end microscope, optical fiber sensing system, atbp.

4. Pag-optimize ng pagganap at pagpapahaba ng habang-buhay ng mga led

• Mga Pangunahing Kinakailangan: Ang mga high-power na LED (lalo na para sa projection, pag-iilaw, at UV curing) ay lumilikha ng malaking init habang ginagamit. Ang pagtaas ng temperatura ng junction ay hahantong sa:

• Nabawasan ang kahusayan ng liwanag: Nababawasan ang kahusayan ng electro-optical conversion.

• Pagbabago ng haba ng alon: Nakakaapekto sa pagkakapare-pareho ng kulay (tulad ng RGB projection).

• Biglaang pagbawas sa habang-buhay: Ang temperatura ng junction ang pinakamahalagang salik na nakakaapekto sa habang-buhay ng mga LED (kasunod ng modelong Arrhenius).

• Mga TEC module, thermoelectric cooler, thermoelectric module Tungkulin: Para sa mga aplikasyon ng LED na may napakataas na lakas o mahigpit na mga kinakailangan sa pagkontrol ng temperatura (tulad ng ilang partikular na pinagmumulan ng projection light at mga pinagmumulan ng liwanag na pang-agham), ang thermoelectric module, thermoelectric cooling module, peltier device, peltier element ay maaaring magbigay ng mas malakas at tumpak na mga kakayahan sa aktibong paglamig kaysa sa mga tradisyunal na heat sink, na pinapanatili ang temperatura ng LED junction sa loob ng ligtas at mahusay na saklaw, pinapanatili ang mataas na output ng liwanag, matatag na spectrum at napakahabang lifespan.

Ii. Detalyadong Paliwanag ng mga Hindi Mapapalitan na Bentahe ng mga TEC module na thermoelectric module na thermoelectric device (peltier cooler) sa mga Aplikasyon ng Opto electronic

1. Tumpak na kakayahan sa pagkontrol ng temperatura: Maaari itong makamit ang matatag na kontrol ng temperatura na may ±0.01°C o mas mataas pa na katumpakan, na higit na nakahihigit sa mga passive o active na paraan ng pagpapakalat ng init tulad ng air cooling at liquid cooling, na nakakatugon sa mahigpit na mga kinakailangan sa pagkontrol ng temperatura ng mga optoelectronic device.

2. Walang gumagalaw na bahagi at walang refrigerant: Solid-state operation, walang interference sa vibration ng compressor o fan, walang panganib ng pagtagas ng refrigerant, napakataas na reliability, walang maintenance, angkop para sa mga espesyal na kapaligiran tulad ng vacuum at espasyo.

3. Mabilis na tugon at kakayahang maibaliktad: Sa pamamagitan ng pagbabago ng kasalukuyang direksyon, ang cooling/heating mode ay maaaring agad na mapalitan, na may mabilis na bilis ng tugon (sa milliseconds). Ito ay partikular na angkop para sa pagharap sa mga transient thermal load o mga aplikasyon na nangangailangan ng tumpak na pag-ikot ng temperatura (tulad ng pagsubok ng device).

4. Pagpapaliit at kakayahang umangkop: Kompaktong istraktura (kapal na kasing-milimetro), mataas na densidad ng kuryente, at maaaring isama nang may kakayahang umangkop sa packaging na nasa antas ng chip, antas ng module o antas ng system, na umaangkop sa disenyo ng iba't ibang produktong optoelectronic na limitado sa espasyo.

5. Lokal na tumpak na kontrol sa temperatura: Kaya nitong palamigin o painitin nang eksakto ang mga partikular na hotspot nang hindi pinapalamig ang buong sistema, na nagreresulta sa mas mataas na ratio ng kahusayan ng enerhiya at mas pinasimpleng disenyo ng sistema.

Iii. Mga Kaso ng Aplikasyon at Mga Uso sa Pag-unlad

• Mga optical module: Ang Micro TEC module (micro thermoelectric cooling module, thermoelectric cooling module cooling) na mga DFB/EML laser ay karaniwang ginagamit sa 10G/25G/100G/400G at mas mataas na rate ng pluble optical module (SFP+, QSFP-DD, OSFP) upang matiyak ang kalidad ng eye pattern at bit error rate habang nasa long-distance transmission.

• LiDAR: Ang mga pinagmumulan ng liwanag ng laser na edge-emitting o VCSEL sa mga automotive at industrial na LiDAR ay nangangailangan ng mga TEC module tulad ng thermoelectric cooling module, thermoelectric cooler, at peltier module upang matiyak ang katatagan ng pulse at katumpakan ng ranging, lalo na sa mga sitwasyong nangangailangan ng long-distance at high-resolution detection.

• Infrared thermal imager: Ang high-end na uncooled micro-radiometer focal plane array (UFPA) ay pinatatag sa temperaturang ginagamit (karaniwan ay ~32°C) sa pamamagitan ng isa o maraming yugto ng TEC module thermoelectric cooling module, na binabawasan ang ingay ng temperature drift; Ang mga refrigerated medium-wave/long-wave infrared detector (MCT, InSb) ay nangangailangan ng malalim na paglamig (-196°C ang nakakamit sa pamamagitan ng mga Stirling refrigerator, ngunit sa mga miniaturized na aplikasyon, ang TEC module thermoelectric module at peltier module ay maaaring gamitin para sa pre-cooling o secondary temperature control).

• Biological fluorescence detection/Raman spectrometer: Ang pagpapalamig sa CCD/CMOS camera o photomultiplier tube (PMT) ay lubos na nagpapahusay sa limitasyon ng pagtuklas at kalidad ng imaging ng mga mahinang fluorescence/Raman signal.

• Mga eksperimentong quantum optical: Nagbibigay ng kapaligirang mababa ang temperatura para sa mga single-photon detector (tulad ng superconducting nanowire SNSPD, na nangangailangan ng napakababang temperatura, ngunit ang Si/InGaAs APD ay karaniwang pinapalamig ng TEC Module, thermoelectric cooling module, thermoelectric module, TE cooler) at ilang partikular na pinagmumulan ng quantum light.

• Uso sa pag-unlad: Pananaliksik at pagbuo ng thermoelectric cooling module, thermoelectric device, TEC module na may mas mataas na kahusayan (mas mataas na halaga ng ZT), mas mababang gastos, mas maliit na sukat at mas malakas na kapasidad sa paglamig; Mas malapit na isinama sa mga advanced na teknolohiya sa packaging (tulad ng 3D IC, Co-Packaged Optics); Ang mga matatalinong algorithm sa pagkontrol ng temperatura ay nag-o-optimize sa kahusayan ng enerhiya.

Ang mga thermoelectric cooling module, thermoelectric cooler, thermoelectric module, peltier elements, at peltier device ay naging mga pangunahing bahagi ng thermal management ng mga modernong high-performance na optoelectronic na produkto. Ang tumpak na pagkontrol ng temperatura, solid-state reliability, mabilis na pagtugon, at maliit na sukat at flexibility nito ay epektibong tumutugon sa mga pangunahing hamon tulad ng katatagan ng mga wavelength ng laser, pagpapabuti ng sensitivity ng detector, pagsugpo sa thermal drift sa mga optical system, at pagpapanatili ng high-power LED performance. Habang umuunlad ang teknolohiyang optoelectronic tungo sa mas mataas na performance, mas maliit na sukat at mas malawak na aplikasyon, ang TECmodule, peltier cooler, peltier module ay patuloy na gaganap ng isang hindi mapapalitang papel, at ang teknolohiya nito mismo ay patuloy ding nagbabago upang matugunan ang patuloy na hinihinging mga kinakailangan.