अप्टोइलेक्ट्रोनिक्सको क्षेत्रमा थर्मोइलेक्ट्रिक कुलिङ मोड्युल, टीईसी मोड्युल, पेल्टियर कूलरको विकास र प्रयोग

अप्टोइलेक्ट्रोनिक्सको क्षेत्रमा थर्मोइलेक्ट्रिक कुलिङ मोड्युल, टीईसी मोड्युल, पेल्टियर कूलरको विकास र प्रयोग

थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर, थर्मोइलेक्ट्रिक मोड्युल, पेल्टियर मोड्युल (TEC) ले अप्टोइलेक्ट्रोनिक उत्पादनहरूको क्षेत्रमा यसको अद्वितीय फाइदाहरूको साथ अपरिहार्य भूमिका खेल्छ। अप्टोइलेक्ट्रोनिक उत्पादनहरूमा यसको व्यापक प्रयोगको विश्लेषण निम्नानुसार छ:

I. मुख्य प्रयोग क्षेत्रहरू र कार्यको संयन्त्र

१. लेजरको सटीक तापक्रम नियन्त्रण

• प्रमुख आवश्यकताहरू: सबै अर्धचालक लेजरहरू (LDS), फाइबर लेजर पम्प स्रोतहरू, र ठोस-अवस्था लेजर क्रिस्टलहरू तापक्रमप्रति अत्यन्तै संवेदनशील हुन्छन्। तापक्रम परिवर्तनले निम्न कुराहरू निम्त्याउन सक्छ:

• तरंगदैर्ध्य बहाव: सञ्चारको तरंगदैर्ध्य शुद्धता (जस्तै DWDM प्रणालीहरूमा) वा सामग्री प्रशोधनको स्थिरतालाई असर गर्छ।

• आउटपुट पावर उतारचढाव: प्रणाली आउटपुटको स्थिरता घटाउँछ।

• थ्रेसहोल्ड करेन्ट भिन्नता: दक्षता घटाउँछ र बिजुली खपत बढाउँछ।

• छोटो आयु: उच्च तापक्रमले उपकरणहरूको उमेर बढाउँछ।

• TEC मोड्युल, थर्मोइलेक्ट्रिक मोड्युल प्रकार्य: बन्द-लूप तापक्रम नियन्त्रण प्रणाली (तापमान सेन्सर + नियन्त्रक + TEC मोड्युल, TE कूलर) मार्फत, लेजर चिप वा मोड्युलको सञ्चालन तापक्रम इष्टतम बिन्दुमा स्थिर हुन्छ (सामान्यतया २५°C±०.१°C वा अझ उच्च परिशुद्धता), तरंगदैर्ध्य स्थिरता, स्थिर पावर आउटपुट, अधिकतम दक्षता र विस्तारित आयु सुनिश्चित गर्दै। यो अप्टिकल सञ्चार, लेजर प्रशोधन, र चिकित्सा लेजर जस्ता क्षेत्रहरूको लागि आधारभूत ग्यारेन्टी हो।

२. फोटोडिटेक्टर/इन्फ्रारेड डिटेक्टरहरूको शीतलन

• प्रमुख आवश्यकताहरू:

• अँध्यारो प्रवाह घटाउनुहोस्: इन्फ्रारेड फोकल प्लेन एरेहरू (IRFPA) जस्तै फोटोडायोडहरू (विशेष गरी नजिक-इन्फ्रारेड सञ्चारमा प्रयोग हुने InGaAs डिटेक्टरहरू), हिमस्खलन फोटोडायोडहरू (APD), र पारा क्याडमियम टेलुराइड (HgCdTe) मा कोठाको तापक्रममा अपेक्षाकृत ठूलो अँध्यारो प्रवाह हुन्छ, जसले सिग्नल-टु-नोइज अनुपात (SNR) र पत्ता लगाउने संवेदनशीलतालाई उल्लेखनीय रूपमा कम गर्छ।

• थर्मल आवाजको दमन: डिटेक्टरको थर्मल आवाज नै पत्ता लगाउने सीमालाई सीमित गर्ने मुख्य कारक हो (जस्तै कमजोर प्रकाश संकेतहरू र लामो दूरीको इमेजिङ)।

• थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग मोड्युल, पेल्टियर मोड्युल (पेल्टियर एलिमेन्ट) प्रकार्य: डिटेक्टर चिप वा सम्पूर्ण प्याकेजलाई उप-परिवेश तापक्रम (जस्तै -४०°C वा अझ कम) मा चिसो पार्नुहोस्। गाढा प्रवाह र थर्मल आवाजलाई उल्लेखनीय रूपमा कम गर्नुहोस्, र उपकरणको संवेदनशीलता, पत्ता लगाउने दर र इमेजिङ गुणस्तरमा उल्लेखनीय रूपमा सुधार गर्नुहोस्। यो उच्च-प्रदर्शन इन्फ्रारेड थर्मल इमेजरहरू, रात्रि दृष्टि उपकरणहरू, स्पेक्ट्रोमिटरहरू, र क्वान्टम कम्युनिकेसन एकल-फोटोन डिटेक्टरहरूको लागि विशेष गरी महत्त्वपूर्ण छ।

३. परिशुद्धता अप्टिकल प्रणाली र घटकहरूको तापक्रम नियन्त्रण

• प्रमुख आवश्यकताहरू: अप्टिकल प्लेटफर्ममा रहेका प्रमुख घटकहरू (जस्तै फाइबर ब्राग ग्रेटिंगहरू, फिल्टरहरू, इन्टरफेरोमिटरहरू, लेन्स समूहहरू, CCD/CMOS सेन्सरहरू) थर्मल विस्तार र अपवर्तक सूचकांक तापमान गुणांकहरू प्रति संवेदनशील हुन्छन्। तापक्रम परिवर्तनले अप्टिकल पथ लम्बाइ, फोकल लम्बाइ बहाव, र फिल्टरको केन्द्रमा तरंगदैर्ध्य परिवर्तनमा परिवर्तन ल्याउन सक्छ, जसले प्रणालीको कार्यसम्पादनमा गिरावट ल्याउन सक्छ (जस्तै धमिलो इमेजिङ, गलत अप्टिकल पथ, र मापन त्रुटिहरू)।

• TEC मोड्युल, थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग मोड्युल प्रकार्य:

• सक्रिय तापक्रम नियन्त्रण: प्रमुख अप्टिकल कम्पोनेन्टहरू उच्च तापीय चालकता सब्सट्रेटमा स्थापित हुन्छन्, र TEC मोड्युल (पेल्टियर कूलर, पेल्टियर उपकरण), थर्मोइलेक्ट्रिक उपकरणले तापक्रमलाई ठीकसँग नियन्त्रण गर्दछ (स्थिर तापक्रम वा विशिष्ट तापक्रम वक्र कायम राख्दै)।

• तापक्रम एकरूपता: प्रणालीको थर्मल स्थिरता सुनिश्चित गर्न उपकरण भित्र वा कम्पोनेन्टहरू बीचको तापक्रम भिन्नता ग्रेडियन्ट हटाउनुहोस्।

• वातावरणीय उतारचढावहरूको प्रतिरोध गर्नुहोस्: आन्तरिक परिशुद्धता अप्टिकल मार्गमा बाह्य वातावरणीय तापमान परिवर्तनको प्रभावको क्षतिपूर्ति गर्नुहोस्। यो उच्च-परिशुद्धता स्पेक्ट्रोमिटरहरू, खगोलीय टेलिस्कोपहरू, फोटोलिथोग्राफी मेसिनहरू, उच्च-अन्त माइक्रोस्कोपहरू, अप्टिकल फाइबर सेन्सिङ प्रणालीहरू, आदिमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।

४. एलईडीको कार्यसम्पादन अनुकूलन र आयु विस्तार

• प्रमुख आवश्यकताहरू: उच्च-शक्तियुक्त एलईडीहरू (विशेष गरी प्रक्षेपण, प्रकाश, र यूभी क्युरिङको लागि) ले सञ्चालनको क्रममा उल्लेखनीय ताप उत्पन्न गर्दछ। जंक्शनको तापक्रममा वृद्धिले निम्न परिणामहरू निम्त्याउँछ:

• कम प्रकाश दक्षता: इलेक्ट्रो-अप्टिकल रूपान्तरण दक्षता कम हुन्छ।

• तरंगदैर्ध्य परिवर्तन: रङ स्थिरतालाई असर गर्छ (जस्तै RGB प्रक्षेपण)।

• आयुमा तीव्र कमी: जंक्शन तापक्रम एलईडीको आयुलाई असर गर्ने सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण कारक हो (अरेनियस मोडेल पछ्याउँदै)।

• TEC मोड्युलहरू, थर्मोइलेक्ट्रिक कूलरहरू, थर्मोइलेक्ट्रिक मोड्युलहरू प्रकार्य: अत्यधिक उच्च शक्ति वा कडा तापक्रम नियन्त्रण आवश्यकताहरू (जस्तै निश्चित प्रक्षेपण प्रकाश स्रोतहरू र वैज्ञानिक-ग्रेड प्रकाश स्रोतहरू) भएका LED अनुप्रयोगहरूको लागि, थर्मोइलेक्ट्रिक मोड्युल, थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग मोड्युल, पेल्टियर उपकरण, पेल्टियर तत्वले परम्परागत ताप सिङ्कहरू भन्दा बढी शक्तिशाली र सटीक सक्रिय कूलिंग क्षमताहरू प्रदान गर्न सक्छ, LED जंक्शन तापक्रमलाई सुरक्षित र कुशल दायरा भित्र राख्छ, उच्च चमक आउटपुट, स्थिर स्पेक्ट्रम र अल्ट्रा-लामो आयु कायम राख्छ।

२. ओप्टो इलेक्ट्रोनिक अनुप्रयोगहरूमा TEC मोड्युलहरू थर्मोइलेक्ट्रिक मोड्युलहरू थर्मोइलेक्ट्रिक उपकरणहरू (पेल्टियर कूलरहरू) को अपरिहार्य फाइदाहरूको विस्तृत व्याख्या

१. सटीक तापक्रम नियन्त्रण क्षमता: यसले ±०.०१°C वा अझ उच्च परिशुद्धतामा स्थिर तापक्रम नियन्त्रण प्राप्त गर्न सक्छ, जुन हावा शीतलन र तरल शीतलन जस्ता निष्क्रिय वा सक्रिय ताप अपव्यय विधिहरू भन्दा धेरै बढी हो, अप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको कडा तापक्रम नियन्त्रण आवश्यकताहरू पूरा गर्दछ।

२. चल्ने भागहरू र रेफ्रिजरेन्ट बिना: ठोस-अवस्था सञ्चालन, कम्प्रेसर वा फ्यान कम्पन हस्तक्षेप छैन, रेफ्रिजरेन्ट चुहावटको जोखिम छैन, अत्यन्त उच्च विश्वसनीयता, मर्मत-रहित, भ्याकुम र ठाउँ जस्ता विशेष वातावरणहरूको लागि उपयुक्त।

३. द्रुत प्रतिक्रिया र उल्टोपन: हालको दिशा परिवर्तन गरेर, द्रुत प्रतिक्रिया गति (मिलिसेकेन्डमा) को साथ, शीतलन/तातो मोड तुरुन्तै स्विच गर्न सकिन्छ। यो विशेष गरी क्षणिक थर्मल भार वा सटीक तापक्रम साइकल चलाउने (जस्तै उपकरण परीक्षण) आवश्यक पर्ने अनुप्रयोगहरूसँग व्यवहार गर्न उपयुक्त छ।

४. लघुकरण र लचिलोपन: कम्प्याक्ट संरचना (मिलिमिटर-स्तर मोटाई), उच्च शक्ति घनत्व, र विभिन्न ठाउँ-सीमित अप्टोइलेक्ट्रोनिक उत्पादनहरूको डिजाइनमा अनुकूलन गर्दै, चिप-स्तर, मोड्युल-स्तर वा प्रणाली-स्तर प्याकेजिङमा लचिलो रूपमा एकीकृत गर्न सकिन्छ।

५. स्थानीय सटीक तापक्रम नियन्त्रण: यसले सम्पूर्ण प्रणालीलाई चिसो नपार्न विशिष्ट हटस्पटहरूलाई सटीक रूपमा चिसो वा तताउन सक्छ, जसले गर्दा उच्च ऊर्जा दक्षता अनुपात र प्रणाली डिजाइन अझ सरलीकृत हुन्छ।

IIII. आवेदन केसहरू र विकास प्रवृत्तिहरू

• अप्टिकल मोड्युलहरू: लामो दूरीको प्रसारणको समयमा आँखाको ढाँचाको गुणस्तर र बिट त्रुटि दर सुनिश्चित गर्न माइक्रो TEC मोड्युल (माइक्रो थर्मोइलेक्ट्रिक कुलिङ मोड्युल, थर्मोइलेक्ट्रिक कुलिङ मोड्युल कुलिङ DFB/EML लेजरहरू सामान्यतया 10G/25G/100G/400G र उच्च दर प्लबल अप्टिकल मोड्युलहरू (SFP+, QSFP-DD, OSFP) मा प्रयोग गरिन्छ।

• LiDAR: अटोमोटिभ र औद्योगिक LiDAR मा किनारा-उत्सर्जक वा VCSEL लेजर प्रकाश स्रोतहरूलाई पल्स स्थिरता र दायरा शुद्धता सुनिश्चित गर्न TEC मोड्युलहरू थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग मोड्युलहरू, थर्मोइलेक्ट्रिक कूलरहरू, पेल्टियर मोड्युलहरू आवश्यक पर्दछ, विशेष गरी लामो दूरी र उच्च-रिजोल्युसन पत्ता लगाउने परिदृश्यहरूमा।

• इन्फ्रारेड थर्मल इमेजर: उच्च-अन्त अनकूल्ड माइक्रो-रेडियोमिटर फोकल प्लेन एरे (UFPA) लाई एकल वा धेरै TEC मोड्युल थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग मोड्युल चरणहरू मार्फत सञ्चालन तापमान (सामान्यतया ~32°C) मा स्थिर गरिन्छ, जसले तापमान बहाव आवाज कम गर्दछ; रेफ्रिजरेटेड मध्यम-तरंग/लामो-तरंग इन्फ्रारेड डिटेक्टरहरू (MCT, InSb) लाई गहिरो शीतलन आवश्यक पर्दछ (-१९६°C स्टर्लिङ रेफ्रिजरेटरहरू द्वारा प्राप्त गरिन्छ, तर लघु अनुप्रयोगहरूमा, TEC मोड्युल थर्मोइलेक्ट्रिक मोड्युल, पेल्टियर मोड्युल पूर्व-कूलिंग वा माध्यमिक तापमान नियन्त्रणको लागि प्रयोग गर्न सकिन्छ)।

• जैविक प्रतिदीप्ति पत्ता लगाउने/रमन स्पेक्ट्रोमिटर: CCD/CMOS क्यामेरा वा फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब (PMT) लाई चिसो पार्नाले कमजोर प्रतिदीप्ति/रमन संकेतहरूको पत्ता लगाउने सीमा र इमेजिङ गुणस्तरमा धेरै सुधार हुन्छ।

• क्वान्टम अप्टिकल प्रयोगहरू: एकल-फोटोन डिटेक्टरहरूको लागि कम-तापमान वातावरण प्रदान गर्नुहोस् (जस्तै सुपरकन्डक्टिङ न्यानोवायर SNSPD, जसलाई अत्यन्त कम तापक्रम चाहिन्छ, तर Si/InGaAs APD लाई सामान्यतया TEC मोड्युल, थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग मोड्युल, थर्मोइलेक्ट्रिक मोड्युल, TE कूलर) र निश्चित क्वान्टम प्रकाश स्रोतहरूद्वारा चिसो गरिन्छ।

• विकास प्रवृत्ति: थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग मोड्युल, थर्मोइलेक्ट्रिक उपकरण, उच्च दक्षता (बढेको ZT मान), कम लागत, सानो आकार र बलियो कूलिंग क्षमता भएको TEC मोड्युलको अनुसन्धान र विकास; उन्नत प्याकेजिङ प्रविधिहरू (जस्तै 3D IC, सह-प्याकेज गरिएको अप्टिक्स) सँग नजिकबाट एकीकृत; बुद्धिमान तापमान नियन्त्रण एल्गोरिदमहरूले ऊर्जा दक्षतालाई अनुकूलन गर्छन्।

थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग मोड्युलहरू, थर्मोइलेक्ट्रिक कूलरहरू, थर्मोइलेक्ट्रिक मोड्युलहरू, पेल्टियर तत्वहरू, पेल्टियर उपकरणहरू आधुनिक उच्च-प्रदर्शन अप्टोइलेक्ट्रोनिक उत्पादनहरूको मुख्य थर्मल व्यवस्थापन घटक बनेका छन्। यसको सटीक तापक्रम नियन्त्रण, ठोस-अवस्था विश्वसनीयता, द्रुत प्रतिक्रिया, र सानो आकार र लचिलोपनले लेजर तरंगदैर्ध्यको स्थिरता, डिटेक्टर संवेदनशीलताको सुधार, अप्टिकल प्रणालीहरूमा थर्मल बहावको दमन, र उच्च-शक्ति एलईडी प्रदर्शनको मर्मत जस्ता प्रमुख चुनौतीहरूलाई प्रभावकारी रूपमा सम्बोधन गर्दछ। अप्टोइलेक्ट्रोनिक प्रविधि उच्च प्रदर्शन, सानो आकार र फराकिलो अनुप्रयोग तर्फ विकसित हुँदै जाँदा, TEC मोड्युल, पेल्टियर कूलर, पेल्टियर मोड्युलले अपरिवर्तनीय भूमिका खेल्न जारी राख्नेछ, र यसको प्रविधि आफैं पनि बढ्दो माग गर्ने आवश्यकताहरू पूरा गर्न निरन्तर नवीनतामा छ।