Оптоэлектроникийн салбарт термоэлектрик хөргөлтийн модуль, TEC модуль, Пелтиер хөргөгчийг хөгжүүлэх, хэрэглэх нь
Термоэлектрик хөргөгч, термоэлектрик модуль, пелтье модуль (TEC) нь өвөрмөц давуу талуудаараа оптоэлектроник бүтээгдэхүүний салбарт зайлшгүй үүрэг гүйцэтгэдэг. Оптоэлектроник бүтээгдэхүүнд өргөн хэрэглэгддэг байдлын шинжилгээг дор үзүүлэв:
I. Хэрэглээний гол салбарууд ба үйл ажиллагааны механизм
1. Лазерын нарийн температурын хяналт
• Гол шаардлага: Бүх хагас дамжуулагч лазер (LDS), шилэн лазерын шахуургын эх үүсвэрүүд болон хатуу төлөвт лазерын талстууд нь температурт маш мэдрэмтгий байдаг. Температурын өөрчлөлт нь дараахь зүйлийг үүсгэж болзошгүй.
• Долгионы уртын хэлбэлзэл: Харилцаа холбооны долгионы уртын нарийвчлал (DWDM систем гэх мэт) эсвэл материалын боловсруулалтын тогтвортой байдалд нөлөөлдөг.
• Гаралтын чадлын хэлбэлзэл: Системийн гаралтын тогтвортой байдлыг бууруулдаг.
• Босго гүйдлийн хэлбэлзэл: Үр ашгийг бууруулж, эрчим хүчний хэрэглээг нэмэгдүүлдэг.
• Ашиглалтын хугацаа богиносох: Өндөр температур нь төхөөрөмжийн хөгшрөлтийг хурдасгадаг.
• TEC модуль, термоэлектрик модулийн функц: Хаалттай гогцооны температурын хяналтын систем (температур мэдрэгч + хянагч + TEC модуль, TE хөргөгч)-ээр дамжуулан лазер чип эсвэл модулийн ажиллах температурыг оновчтой цэгт (ихэвчлэн 25°C±0.1°C буюу түүнээс дээш нарийвчлалтай) тогтворжуулж, долгионы уртын тогтвортой байдал, тогтмол чадлын гаралт, хамгийн их үр ашиг, ашиглалтын хугацааг уртасгадаг. Энэ нь оптик холбоо, лазер боловсруулалт, эмнэлгийн лазер зэрэг салбаруудын үндсэн баталгаа юм.
2. Фотодетектор/хэт улаан туяаны детекторыг хөргөх
• Гол шаардлага:
• Харанхуй гүйдлийг багасгах: Фотодиод (ялангуяа ойрын хэт улаан туяаны холбоонд ашигладаг InGaAs мэдрэгч), цасан нурангийн фотодиод (APD), мөнгөн усны кадмийн теллурид (HgCdTe) зэрэг хэт улаан туяаны фокусын хавтгайн массивууд (IRFPA) нь өрөөний температурт харьцангуй их харанхуй гүйдэлтэй байдаг нь дохио-шуугианы харьцаа (SNR) болон илрүүлэлтийн мэдрэмжийг мэдэгдэхүйц бууруулдаг.
• Дулааны чимээг дарах: Илрүүлэгчийн дулааны чимээ нь илрүүлэлтийн хязгаарыг хязгаарладаг гол хүчин зүйл юм (жишээлбэл, сул гэрлийн дохио болон алсын зайн дүрслэл).
• Термоэлектрик хөргөлтийн модуль, Пелтиер модуль (пелтиер элемент)-ийн функц: Илрүүлэгч чип эсвэл бүхэл бүтэн багцыг орчны температураас бага (жишээ нь -40°C ба түүнээс доош) хүртэл хөргөнө. Харанхуй гүйдэл болон дулааны чимээг мэдэгдэхүйц бууруулж, төхөөрөмжийн мэдрэмж, илрүүлэх хурд болон дүрслэх чанарыг мэдэгдэхүйц сайжруулна. Энэ нь өндөр хүчин чадалтай хэт улаан туяаны дулааны дүрслэл, шөнийн харааны төхөөрөмж, спектрометр, квант холбооны дан фотон мэдрэгч зэрэгт онцгой чухал юм.
3. Нарийвчлалтай оптик систем ба эд ангиудын температурын хяналт
• Гол шаардлага: Оптик платформ дээрх гол бүрэлдэхүүн хэсгүүд (жишээлбэл, шилэн Брэгг тор, шүүлтүүр, интерферометр, линзний бүлэг, CCD/CMOS мэдрэгч) нь дулааны тэлэлт болон хугарлын индексийн температурын коэффициентуудад мэдрэмтгий байдаг. Температурын өөрчлөлт нь шүүлтүүрийн төв хэсэгт оптик замын урт, фокусын уртын шилжилт, долгионы уртын шилжилтэд өөрчлөлт оруулж, системийн гүйцэтгэлийг муутгахад хүргэдэг (жишээлбэл, дүрслэл бүдгэрэх, оптик замын буруу байдал, хэмжилтийн алдаа гэх мэт).
• TEC модуль, термоэлектрик хөргөлтийн модуль Үйл ажиллагаа:
• Идэвхтэй температурын хяналт: Гол оптик эд ангиудыг өндөр дулаан дамжуулалттай суурь дээр суурилуулсан бөгөөд TEC модуль (пелтиер хөргөгч, пелтье төхөөрөмж), термоэлектрик төхөөрөмж нь температурыг нарийн хянадаг (тогтмол температур эсвэл тодорхой температурын муруйг хадгалах).
• Температурын нэгэн төрлийн болгох: Системийн дулааны тогтвортой байдлыг хангахын тулд тоног төхөөрөмж доторх эсвэл бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хоорондох температурын зөрүүний градиентийг арилгана.
• Байгаль орчны хэлбэлзлийг эсэргүүцэх: Дотоод нарийвчлалтай оптик замд гадаад орчны температурын өөрчлөлтийн нөлөөллийг нөхөх. Үүнийг өндөр нарийвчлалтай спектрометр, одон орны дуран, фотолитографийн машин, өндөр зэрэглэлийн микроскоп, шилэн кабелийн мэдрэгч систем гэх мэтт өргөн хэрэглэгддэг.
4. LED-ийн гүйцэтгэлийг оновчтой болгох болон ашиглалтын хугацааг уртасгах
• Гол шаардлага: Өндөр хүчин чадалтай LED гэрэл (ялангуяа проекц, гэрэлтүүлэг, хэт ягаан туяагаар хатаах зориулалттай) нь ашиглалтын явцад их хэмжээний дулаан ялгаруулдаг. Уулзварын температур нэмэгдэх нь дараахь зүйлийг үүсгэдэг.
• Гэрлийн үр ашиг буурах: Электро-оптик хувиргалтын үр ашиг буурна.
• Долгионы уртын шилжилт: Өнгөний тогтвортой байдалд нөлөөлдөг (жишээ нь RGB проекц).
• Ашиглалтын хугацаа огцом буурах: LED гэрлийн ашиглалтын хугацаанд нөлөөлдөг хамгийн чухал хүчин зүйл бол уулзварын температур юм (Аррениусын загварын дагуу).
• TEC модулиуд, термоэлектрик хөргөгч, термоэлектрик модулиуд Үйл ажиллагаа: Маш өндөр хүчин чадалтай эсвэл температурын хяналтын хатуу шаардлага бүхий LED хэрэглээнд (жишээлбэл, тодорхой проекцийн гэрлийн эх үүсвэр болон шинжлэх ухааны зэрэглэлийн гэрлийн эх үүсвэр) зориулсан термоэлектрик модуль, термоэлектрик хөргөлтийн модуль, пелтье төхөөрөмж, пелтье элемент нь уламжлалт дулаан шингээгчээс илүү хүчирхэг, нарийвчлалтай идэвхтэй хөргөлтийн чадварыг хангаж, LED уулзварын температурыг аюулгүй, үр ашигтай хүрээнд байлгаж, өндөр гэрэлтүүлгийн гаралт, тогтвортой спектр болон хэт урт хугацааны ашиглалтын хугацааг хадгалж чаддаг.
II. Опто электроникийн хэрэглээнд TEC модулиудын термоэлектрик модулиудын термоэлектрик төхөөрөмжүүдийн (Пелтиер хөргөгч) орлуулшгүй давуу талуудын дэлгэрэнгүй тайлбар
1. Нарийн температурын хяналтын чадвар: Энэ нь ±0.01°C буюу түүнээс дээш нарийвчлалтайгаар тогтвортой температурын хяналтыг хийж чаддаг бөгөөд агаарын хөргөлт болон шингэн хөргөлт зэрэг идэвхгүй эсвэл идэвхтэй дулаан ялгаруулах аргуудаас хамаагүй давж, оптоэлектроник төхөөрөмжийн хатуу температурын хяналтын шаардлагыг хангадаг.
2. Хөдөлгөөнт эд анги болон хөргөлтийн бодис агуулаагүй: Хатуу төлөвт ажилладаг, компрессор эсвэл сэнсний чичиргээний хөндлөнгийн оролцоогүй, хөргөлтийн бодис гоожих эрсдэлгүй, маш өндөр найдвартай, засвар үйлчилгээ шаарддаггүй, вакуум болон орон зай зэрэг тусгай орчинд тохиромжтой.
3. Хурдан хариу үйлдэл үзүүлэх ба буцаах боломжтой байдал: Гүйдлийн чиглэлийг өөрчилснөөр хөргөх/халаах горимыг хурдан хариу үйлдэл үзүүлэх хурдаар (миллисекундээр) шууд сольж болно. Энэ нь түр зуурын дулааны ачаалал эсвэл нарийн температурын мөчлөг шаарддаг хэрэглээнд (жишээлбэл, төхөөрөмжийн туршилт) онцгой тохиромжтой.
4. Жижигрүүлэлт ба уян хатан байдал: Авсаархан бүтэц (миллиметрийн түвшний зузаан), өндөр чадлын нягтралтай бөгөөд янз бүрийн орон зай хязгаарлагдмал оптоэлектроник бүтээгдэхүүний дизайнд тохируулан чипийн түвшин, модулийн түвшин эсвэл системийн түвшний савлагаанд уян хатан байдлаар нэгтгэж болно.
5. Орон нутгийн нарийн температурын хяналт: Энэ нь системийг бүхэлд нь хөргөхгүйгээр тодорхой халуун цэгүүдийг нарийн хөргөх эсвэл халааж чаддаг бөгөөд ингэснээр эрчим хүчний үр ашгийн харьцаа өндөр, системийн дизайныг илүү хялбар болгодог.
III. Хэрэглээний тохиолдлууд ба хөгжлийн чиг хандлага
• Оптик модулиуд: Микро TEC модуль (микро термоэлектрик хөргөлтийн модуль, термоэлектрик хөргөлтийн модуль хөргөлтийн DFB/EML лазерууд) нь 10G/25G/100G/400G ба түүнээс дээш хурдтай пластилин оптик модулиудад (SFP+, QSFP-DD, OSFP) түгээмэл хэрэглэгддэг бөгөөд энэ нь алсын зайн дамжуулалтын үед нүдний хэв маягийн чанар болон битийн алдааны түвшинг баталгаажуулдаг.
• LiDAR: Автомашин болон үйлдвэрлэлийн LiDAR-д ирмэг ялгаруулдаг эсвэл VCSEL лазер гэрлийн эх үүсвэрүүд нь импульсийн тогтвортой байдал болон хүрээний нарийвчлалыг хангахын тулд, ялангуяа алсын зайн болон өндөр нарийвчлалтай илрүүлэлт шаарддаг нөхцөлд TEC модулийн термоэлектрик хөргөлтийн модуль, термоэлектрик хөргөгч, пелтье модулийг шаарддаг.
• Хэт улаан туяаны дулааны дүрслэгч: Өндөр зэрэглэлийн хөргөлтгүй микро-радиометрийн фокусын хавтгайн массив (UFPA) нь нэг буюу хэд хэдэн TEC модулийн термоэлектрик хөргөлтийн модулийн үе шатуудаар дамжуулан ажлын температурт (ихэвчлэн ~32°C) тогтворжиж, температурын хэлбэлзлийн чимээг бууруулдаг; Хөргөгчинд хадгалагддаг дунд долгион/урт долгионы хэт улаан туяаны мэдрэгч (MCT, InSb) нь гүн хөргөлт шаарддаг (-196°C-ийг Stirling хөргөгчөөр хийдэг боловч жижигрүүлсэн хэрэглээнд TEC модулийн термоэлектрик модуль, пелтье модулийг урьдчилан хөргөх эсвэл хоёрдогч температурын хяналтад ашиглаж болно).
• Биологийн флуоресценцийн илрүүлэлт/Раман спектрометр: CCD/CMOS камер эсвэл фотоүржүүлэгч хоолойг (PMT) хөргөх нь сул флуоресценцийн/Раман дохионы илрүүлэлтийн хязгаар болон дүрслэлийн чанарыг ихээхэн сайжруулдаг.
• Квант оптик туршилтууд: Ганц фотон илрүүлэгч (маш бага температур шаарддаг хэт дамжуулагч нано утас SNSPD гэх мэт) болон тодорхой квант гэрлийн эх үүсвэрүүдээр хөргөх бага температурын орчныг бүрдүүлэх.
• Хөгжлийн чиг хандлага: Илүү өндөр үр ашигтай (ZT-ийн үнэ цэнэ нэмэгдсэн), бага өртөгтэй, жижиг хэмжээтэй, илүү хүчтэй хөргөх хүчин чадалтай термоэлектрик хөргөлтийн модуль, термоэлектрик төхөөрөмж, TEC модулийг судлах, хөгжүүлэх; Дэвшилтэт сав баглаа боодлын технологиудтай (3D IC, Co-Packaged Optics гэх мэт) илүү нягт уялдаатай; Ухаалаг температурын хяналтын алгоритмууд нь эрчим хүчний үр ашгийг оновчтой болгодог.
Термоэлектрик хөргөлтийн модулиуд, термоэлектрик хөргөгч, термоэлектрик модулиуд, пельтье элементүүд, пельтье төхөөрөмжүүд нь орчин үеийн өндөр хүчин чадалтай оптоэлектроник бүтээгдэхүүний гол дулааны удирдлагын бүрэлдэхүүн хэсэг болсон. Үүний нарийн температурын хяналт, хатуу төлөвийн найдвартай байдал, хурдан хариу үйлдэл, жижиг хэмжээ, уян хатан байдал нь лазер долгионы уртын тогтвортой байдал, илрүүлэгчийн мэдрэмжийг сайжруулах, оптик систем дэх дулааны шилжилтийг дарах, өндөр хүчин чадалтай LED гүйцэтгэлийг хадгалах зэрэг гол бэрхшээлүүдийг үр дүнтэй шийдвэрлэдэг. Оптоэлектроник технологи нь илүү өндөр гүйцэтгэл, жижиг хэмжээ, өргөн хэрэглээ рүү шилжих тусам TECmodule, пельтье хөргөгч, пельтье модуль нь орлуулшгүй үүрэг гүйцэтгэсээр байх бөгөөд түүний технологи нь улам бүр эрэлт хэрэгцээтэй байгаа шаардлагыг хангахын тулд байнга шинэчлэгдэж байдаг.
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 6-р сарын 3
