Þróun og notkun hitakælingareininga, TEC-eininga og Peltier-kæla á sviði ljósrafmagnstækni
Hitakælir, hitaraflsmát, Peltier-mát (TEC) gegnir ómissandi hlutverki á sviði ljósleiðaraafurða með einstökum kostum sínum. Eftirfarandi er greining á víðtækri notkun þess í ljósleiðaraafurðum:
I. Helstu notkunarsvið og verkunarháttur
1. Nákvæm hitastýring á leysinum
• Lykilkröfur: Allir hálfleiðaralasar (LDS), ljósleiðaralaserdælugjafar og fastfasalaserkristallar eru afar viðkvæmir fyrir hitastigi. Hitabreytingar geta leitt til:
• Bylgjulengdardrift: Hefur áhrif á bylgjulengdarnákvæmni samskipta (eins og í DWDM kerfum) eða stöðugleika efnisvinnslu.
• Sveiflur í úttaksafli: Minnkar samræmi kerfisúttaks.
• Breyting á þröskuldstraumi: Minnkar skilvirkni og eykur orkunotkun.
• Styttri líftími: Hátt hitastig flýtir fyrir öldrun tækja.
• TEC-eining, virkni hitaraflseiningarinnar: Með lokuðu hitastýringarkerfi (hitaskynjari + stjórnandi +TEC-eining, TE-kælir) er rekstrarhiti leysigeislaflísarinnar eða einingarinnar stöðugur á kjörpunkti (venjulega 25°C ± 0,1°C eða jafnvel meiri nákvæmni), sem tryggir stöðugleika bylgjulengdar, stöðuga afköst, hámarksnýtingu og lengri líftíma. Þetta er grundvallarábyrgð fyrir svið eins og ljósfræðileg samskipti, leysigeislavinnslu og læknisfræðilega leysigeisla.
2. Kæling ljósnema/innrauða skynjara
• Lykilkröfur:
• Minnka myrkrastraum: Innrauðar brenniplansfletir (IRFPA) eins og ljósdíóður (sérstaklega InGaAs skynjarar sem notaðir eru í nær-innrauðri samskiptum), snjóflóðaljósdíóður (APD) og kvikasilfurskadmíumtelluríð (HgCdTe) hafa tiltölulega mikla myrkrastrauma við stofuhita, sem dregur verulega úr merkis-til-suðhlutfallinu (SNR) og næmi skynjunar.
• Deyfing á hitauppstreymi: Hitauppstreymi skynjarans sjálfs er aðalþátturinn sem takmarkar greiningarmörkin (eins og veik ljósmerki og myndgreining yfir langar vegalengdir).
• Hitakælingareining, Peltier-eining (peltier-þáttur): Kælir skynjaraflísinn eða allan pakkann niður í umhverfishita undir -40°C eða jafnvel lægra. Dregur verulega úr myrkrastraumi og hitauppstreymi og bætir verulega næmi, greiningartíðni og myndgæði tækisins. Þetta er sérstaklega mikilvægt fyrir afkastamiklar innrauðar hitamyndavélar, nætursjónartæki, litrófsmæla og skammtasamskiptaskynjara með einum ljóseind.
3. Hitastýring á nákvæmum sjónkerfum og íhlutum
• Lykilkröfur: Lykilþættir ljósleiðarapallsins (eins og ljósleiðara Bragg-grindur, síur, truflunarmælar, linsuhópar, CCD/CMOS skynjarar) eru viðkvæmir fyrir varmaþenslu og hitastigsstuðlum ljósbrotsvísitölu. Hitabreytingar geta valdið breytingum á ljósleiðarlengd, brennivíddardrifti og bylgjulengdarbreytingum í miðju síunnar, sem leiðir til versnandi afkösta kerfisins (eins og óskýrri myndgreiningu, ónákvæmri ljósleið og mælivillum).
• TEC eining, hitarafkælingareining Virkni:
• Virk hitastýring: Lykilsjóntækjahlutir eru settir upp á undirlagi með mikla varmaleiðni og TEC-einingin (peltier-kælir, peltier-tæki), hitarafbúnaður, stýrir hitastiginu nákvæmlega (viðheldur stöðugu hitastigi eða ákveðinni hitakúrfu).
• Hitajöfnun: Útrýma hitastigsmismun innan búnaðarins eða milli íhluta til að tryggja hitastöðugleika kerfisins.
• Vinna gegn umhverfissveiflum: Bæta upp fyrir áhrif breytinga á hitastigi utanaðkomandi umhverfis á nákvæma innri ljósleið. Það er mikið notað í nákvæmum litrófsmælum, stjörnusjónaukum, ljósritunarvélum, háþróuðum smásjám, ljósleiðaraskynjunarkerfum o.s.frv.
4. Hámarksafköst og lenging líftíma LED-ljósa
• Lykilkröfur: Öflugar LED-ljós (sérstaklega fyrir vörpun, lýsingu og UV-herðingu) mynda mikinn hita við notkun. Hækkun á hitastigi tengipunktanna mun leiða til:
• Minnkuð ljósnýtni: Raf-ljósfræðileg umbreytingarnýting minnkar.
• Bylgjulengdarbreyting: Hefur áhrif á litasamkvæmni (eins og RGB-vörpun).
• Mikil stytting á líftíma: Hitastig gatnamótanna er mikilvægasti þátturinn sem hefur áhrif á líftíma LED-pera (samkvæmt Arrhenius-líkaninu).
• TEC einingar, hitakælir, hitakælieiningar Virkni: Fyrir LED forrit með afar mikla afköst eða strangar kröfur um hitastýringu (eins og ákveðnar ljósgjafar í vörpun og ljósgjafar í vísindalegum gæðaflokki), geta hitakælieiningar, hitakælieiningar, Peltier tæki og Peltier frumefni veitt öflugri og nákvæmari virka kælingu en hefðbundnir kæliventilar, haldið hitastigi LED-samskeytisins innan öruggs og skilvirks bils, viðheldur mikilli birtu, stöðugu litrófi og afar löngum líftíma.
Ii. Ítarleg útskýring á óbætanlegum kostum TEC-eininga og hitaraflseininga (Peltier-kæla) í ljósfræðilegum rafeindabúnaði.
1. Nákvæm hitastýring: Það getur náð stöðugri hitastýringu með ±0,01°C eða jafnvel meiri nákvæmni, sem er langt umfram óvirkar eða virkar varmaleiðniaðferðir eins og loftkælingu og vökvakælingu, og uppfyllir strangar kröfur um hitastýringu ljósrafbúnaðar.
2. Engir hreyfanlegir hlutar og ekkert kælimiðill: Rekstrarhæfni í föstu formi, engin titringstruflun frá þjöppu eða viftu, engin hætta á leka kælimiðils, afar mikil áreiðanleiki, viðhaldsfrítt, hentugur fyrir sérstök umhverfi eins og lofttæmi og rými.
3. Hröð svörun og afturkræfni: Með því að breyta straumstefnu er hægt að skipta um kæli-/hitunarstillingu samstundis, með hraðri svörunarhraða (í millisekúndum). Þetta hentar sérstaklega vel til að takast á við tímabundin hitaálag eða forrit sem krefjast nákvæmrar hitastigshringrásar (eins og prófanir á tækjum).
4. Smæð og sveigjanleiki: Þétt uppbygging (þykkt á millimetrastigi), mikil aflþéttleiki og hægt er að samþætta sveigjanlega í flísar-, eininga- eða kerfisstigsumbúðir, og aðlagast hönnun ýmissa ljósfræðilegra rafeindabúnaðar með takmarkað pláss.
5. Nákvæm hitastýring á staðnum: Hægt er að kæla eða hita tiltekna staði nákvæmlega án þess að kæla allt kerfið, sem leiðir til hærri orkunýtnihlutfalls og einfaldari kerfishönnunar.
III. Umsóknardæmi og þróunarþróun
• Ljósleiðarar: Micro TEC eining (örhita- og kælieining, DFB/EML leysir) eru almennt notaðir í 10G/25G/100G/400G og hærri hraða ljósleiðarar (SFP+, QSFP-DD, OSFP) til að tryggja gæði augnmynsturs og bitavillutíðni við langdrægar sendingar.
• LiDAR: Kantgeislandi eða VCSEL leysigeislar í LiDAR í bílaiðnaði og iðnaði krefjast TEC-eininga, hitakælieininga, hitakæla og Peltier-eininga til að tryggja púlsstöðugleika og nákvæmni mælinga, sérstaklega í aðstæðum sem krefjast langra vegalengda og mikillar upplausnar.
• Innrauður hitamyndavél: Hágæða ókældur örgeislamælir með brenniplani (UFPA) er stöðugur við rekstrarhita (venjulega ~32°C) með einni eða fleiri stigum hitarafkælingareiningar í TEC-einingu, sem dregur úr hávaða frá hitastigsreki; Kældir meðalbylgju-/langbylgju-innrauðir skynjarar (MCT, InSb) þurfa djúpkælingu (-196°C næst með Stirling-kælum, en í smækkuðum forritum er hægt að nota hitarafmagnseininguna í TEC-einingunni, Peltier-eininguna til forkælingar eða auka hitastýringar).
• Líffræðileg flúrljómunargreining/Raman litrófsmælir: Kæling á CCD/CMOS myndavélinni eða ljósmargföldunarrörinu (PMT) eykur greiningarmörk og myndgæði veikra flúrljómunar-/Raman merkja til muna.
• Skammtafræðilegar tilraunir: Að veita lághitaumhverfi fyrir einfótóna skynjara (eins og ofurleiðandi nanóvíra SNSPD, sem krefst afar lágs hitastigs, en Si/InGaAs APD er almennt kælt með TEC mát, varmakælingarmát, varmakælingarmát, TE kælir) og ákveðnum skammtafræðilegum ljósgjöfum.
• Þróunarþróun: Rannsóknir og þróun á hitastýrðum kælieiningum, hitastýrðum tækjum, TEC einingum með meiri skilvirkni (aukið ZT gildi), lægri kostnaði, minni stærð og meiri kæligetu; Nánar samþætt háþróaðri pökkunartækni (eins og 3D IC, Co-Packaged Optics); Greindar hitastýringarreiknirit hámarka orkunýtni.
Hitakælieiningar, hitakælir, hitaraflseiningar, Peltier-þættir og Peltier-tæki hafa orðið að kjarna hitastýringar í nútíma afkastamiklum ljósleiðaraafurðum. Nákvæm hitastýring, áreiðanleiki í föstu formi, hröð svörun og lítil stærð og sveigjanleiki takast á við lykiláskoranir eins og stöðugleika leysigeislabylgjulengda, bætta næmi skynjara, bælingu á hitadrifti í ljóskerfum og viðhaldi afkastamikilla LED-ljósa. Þar sem ljósleiðaratækni þróast í átt að meiri afköstum, minni stærð og víðtækari notkun, mun TECmodule, Peltier-kælir, Peltier-eining halda áfram að gegna ómissandi hlutverki og tækni hennar sjálf er einnig stöðugt að þróast til að mæta sífellt krefjandi kröfum.
Birtingartími: 3. júní 2025
