ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક્સના ક્ષેત્રમાં થર્મોઈલેક્ટ્રિક કૂલિંગ મોડ્યુલ, ટીઈસી મોડ્યુલ, પેલ્ટિયર કુલરનો વિકાસ અને ઉપયોગ

ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક્સના ક્ષેત્રમાં થર્મોઈલેક્ટ્રિક કૂલિંગ મોડ્યુલ, ટીઈસી મોડ્યુલ, પેલ્ટિયર કુલરનો વિકાસ અને ઉપયોગ

થર્મોઇલેક્ટ્રિક કુલર, થર્મોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલ, પેલ્ટિયર મોડ્યુલ (TEC) તેના અનન્ય ફાયદાઓ સાથે ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ઉત્પાદનોના ક્ષેત્રમાં અનિવાર્ય ભૂમિકા ભજવે છે. ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ઉત્પાદનોમાં તેના વ્યાપક ઉપયોગનું વિશ્લેષણ નીચે મુજબ છે:

I. મુખ્ય એપ્લિકેશન ક્ષેત્રો અને ક્રિયાની પદ્ધતિ

1. લેસરનું ચોક્કસ તાપમાન નિયંત્રણ

• મુખ્ય આવશ્યકતાઓ: બધા સેમિકન્ડક્ટર લેસરો (LDS), ફાઇબર લેસર પંપ સ્ત્રોતો અને સોલિડ-સ્ટેટ લેસર સ્ફટિકો તાપમાન પ્રત્યે અત્યંત સંવેદનશીલ હોય છે. તાપમાનમાં ફેરફાર આનાથી પરિણમી શકે છે:

• તરંગલંબાઇનો પ્રવાહ: સંદેશાવ્યવહારની તરંગલંબાઇની ચોકસાઈ (જેમ કે DWDM સિસ્ટમ્સમાં) અથવા સામગ્રી પ્રક્રિયાની સ્થિરતાને અસર કરે છે.

• આઉટપુટ પાવરમાં વધઘટ: સિસ્ટમ આઉટપુટની સુસંગતતા ઘટાડે છે.

• થ્રેશોલ્ડ કરંટમાં ફેરફાર: કાર્યક્ષમતા ઘટાડે છે અને વીજ વપરાશમાં વધારો કરે છે.

• ટૂંકું આયુષ્ય: ઊંચા તાપમાન ઉપકરણોના વૃદ્ધત્વને વેગ આપે છે.

• TEC મોડ્યુલ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલ કાર્ય: બંધ-લૂપ તાપમાન નિયંત્રણ સિસ્ટમ (તાપમાન સેન્સર + નિયંત્રક + TEC મોડ્યુલ, TE કુલર) દ્વારા, લેસર ચિપ અથવા મોડ્યુલનું કાર્યકારી તાપમાન શ્રેષ્ઠ બિંદુ (સામાન્ય રીતે 25°C±0.1°C અથવા તેનાથી પણ વધુ ચોકસાઇ) પર સ્થિર થાય છે, જે તરંગલંબાઇ સ્થિરતા, સતત પાવર આઉટપુટ, મહત્તમ કાર્યક્ષમતા અને વિસ્તૃત આયુષ્ય સુનિશ્ચિત કરે છે. ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન, લેસર પ્રોસેસિંગ અને મેડિકલ લેસરો જેવા ક્ષેત્રો માટે આ મૂળભૂત ગેરંટી છે.

2. ફોટોડિટેક્ટર/ઇન્ફ્રારેડ ડિટેક્ટરનું ઠંડક

• મુખ્ય આવશ્યકતાઓ:

• શ્યામ પ્રવાહ ઘટાડો: ઇન્ફ્રારેડ ફોકલ પ્લેન એરે (IRFPA) જેમ કે ફોટોડાયોડ્સ (ખાસ કરીને નજીકના ઇન્ફ્રારેડ સંચારમાં વપરાતા InGaAs ડિટેક્ટર), હિમપ્રપાત ફોટોડાયોડ્સ (APD), અને પારો કેડમિયમ ટેલ્યુરાઇડ (HgCdTe) ઓરડાના તાપમાને પ્રમાણમાં મોટા શ્યામ પ્રવાહો ધરાવે છે, જે સિગ્નલ-ટુ-નોઇઝ રેશિયો (SNR) અને શોધ સંવેદનશીલતાને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે.

• થર્મલ અવાજનું દમન: ડિટેક્ટરનો થર્મલ અવાજ જ શોધ મર્યાદાને મર્યાદિત કરતું મુખ્ય પરિબળ છે (જેમ કે નબળા પ્રકાશ સંકેતો અને લાંબા અંતરની ઇમેજિંગ).

• થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ મોડ્યુલ, પેલ્ટિયર મોડ્યુલ (પેલ્ટિયર એલિમેન્ટ) ફંક્શન: ડિટેક્ટર ચિપ અથવા સમગ્ર પેકેજને સબ-એમ્બિયન્ટ તાપમાન (જેમ કે -40°C અથવા તેનાથી પણ ઓછા) સુધી ઠંડુ કરો. ડાર્ક કરંટ અને થર્મલ અવાજને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે, અને ઉપકરણની સંવેદનશીલતા, શોધ દર અને ઇમેજિંગ ગુણવત્તામાં નોંધપાત્ર સુધારો કરે છે. તે ખાસ કરીને ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ઇન્ફ્રારેડ થર્મલ ઇમેજર્સ, નાઇટ વિઝન ડિવાઇસ, સ્પેક્ટ્રોમીટર અને ક્વોન્ટમ કોમ્યુનિકેશન સિંગલ-ફોટોન ડિટેક્ટર માટે મહત્વપૂર્ણ છે.

3. ચોકસાઇ ઓપ્ટિકલ સિસ્ટમ્સ અને ઘટકોનું તાપમાન નિયંત્રણ

• મુખ્ય આવશ્યકતાઓ: ઓપ્ટિકલ પ્લેટફોર્મ પરના મુખ્ય ઘટકો (જેમ કે ફાઇબર બ્રેગ ગ્રેટિંગ્સ, ફિલ્ટર્સ, ઇન્ટરફેરોમીટર્સ, લેન્સ જૂથો, CCD/CMOS સેન્સર્સ) થર્મલ વિસ્તરણ અને રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ તાપમાન ગુણાંક પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોય છે. તાપમાનમાં ફેરફાર ઓપ્ટિકલ પાથ લંબાઈ, ફોકલ લંબાઈ ડ્રિફ્ટ અને ફિલ્ટરના કેન્દ્રમાં તરંગલંબાઇ શિફ્ટમાં ફેરફારનું કારણ બની શકે છે, જેના કારણે સિસ્ટમ કામગીરીમાં બગાડ થાય છે (જેમ કે અસ્પષ્ટ ઇમેજિંગ, અચોક્કસ ઓપ્ટિકલ પાથ અને માપન ભૂલો).

• TEC મોડ્યુલ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ મોડ્યુલ કાર્ય:

• સક્રિય તાપમાન નિયંત્રણ: મુખ્ય ઓપ્ટિકલ ઘટકો ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા સબસ્ટ્રેટ પર સ્થાપિત થાય છે, અને TEC મોડ્યુલ (પેલ્ટિયર કુલર, પેલ્ટિયર ડિવાઇસ), થર્મોઇલેક્ટ્રિક ડિવાઇસ તાપમાનને ચોક્કસ રીતે નિયંત્રિત કરે છે (સતત તાપમાન અથવા ચોક્કસ તાપમાન વળાંક જાળવી રાખીને).

• તાપમાનનું એકરૂપીકરણ: સિસ્ટમની થર્મલ સ્થિરતા સુનિશ્ચિત કરવા માટે ઉપકરણોની અંદર અથવા ઘટકો વચ્ચે તાપમાન તફાવત ઢાળ દૂર કરો.

• પર્યાવરણીય વધઘટનો સામનો કરો: આંતરિક ચોકસાઇ ઓપ્ટિકલ પાથ પર બાહ્ય પર્યાવરણીય તાપમાનમાં થતા ફેરફારોની અસરને વળતર આપો. તે ઉચ્ચ-ચોકસાઇ સ્પેક્ટ્રોમીટર, ખગોળીય ટેલિસ્કોપ, ફોટોલિથોગ્રાફી મશીનો, ઉચ્ચ-અંતિમ માઇક્રોસ્કોપ, ઓપ્ટિકલ ફાઇબર સેન્સિંગ સિસ્ટમ્સ વગેરેમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

4. એલઈડીનું પ્રદર્શન ઑપ્ટિમાઇઝેશન અને આયુષ્ય વિસ્તરણ

• મુખ્ય આવશ્યકતાઓ: હાઇ-પાવર એલઇડી (ખાસ કરીને પ્રોજેક્શન, લાઇટિંગ અને યુવી ક્યોરિંગ માટે) ઓપરેશન દરમિયાન નોંધપાત્ર ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે. જંકશન તાપમાનમાં વધારો થવાથી:

• પ્રકાશ કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો: ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિકલ રૂપાંતર કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો થાય છે.

• તરંગલંબાઇ પરિવર્તન: રંગ સુસંગતતાને અસર કરે છે (જેમ કે RGB પ્રોજેક્શન).

• આયુષ્યમાં તીવ્ર ઘટાડો: જંકશન તાપમાન એ એલઈડીના આયુષ્યને અસર કરતું સૌથી મહત્વપૂર્ણ પરિબળ છે (એરેનિયસ મોડેલને અનુસરીને).

• TEC મોડ્યુલ્સ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક કુલર્સ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલ્સ કાર્ય: અત્યંત ઉચ્ચ શક્તિ અથવા કડક તાપમાન નિયંત્રણ આવશ્યકતાઓ (જેમ કે ચોક્કસ પ્રોજેક્શન પ્રકાશ સ્ત્રોતો અને વૈજ્ઞાનિક-ગ્રેડ પ્રકાશ સ્ત્રોતો) સાથે LED એપ્લિકેશનો માટે, થર્મોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ મોડ્યુલ, પેલ્ટિયર ડિવાઇસ, પેલ્ટિયર એલિમેન્ટ પરંપરાગત હીટ સિંક કરતાં વધુ શક્તિશાળી અને ચોક્કસ સક્રિય કૂલિંગ ક્ષમતાઓ પ્રદાન કરી શકે છે, LED જંકશન તાપમાનને સલામત અને કાર્યક્ષમ શ્રેણીમાં રાખી શકે છે, ઉચ્ચ તેજ આઉટપુટ, સ્થિર સ્પેક્ટ્રમ અને અતિ-લાંબી આયુષ્ય જાળવી શકે છે.

II. ઓપ્ટો ઇલેક્ટ્રોનિક એપ્લિકેશન્સમાં TEC મોડ્યુલ્સ થર્મોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલ્સ થર્મોઇલેક્ટ્રિક ઉપકરણો (પેલ્ટિયર કૂલર્સ) ના અનિવાર્ય ફાયદાઓની વિગતવાર સમજૂતી

1. ચોક્કસ તાપમાન નિયંત્રણ ક્ષમતા: તે ±0.01°C અથવા તેનાથી પણ વધુ ચોકસાઇ સાથે સ્થિર તાપમાન નિયંત્રણ પ્રાપ્ત કરી શકે છે, જે હવા ઠંડક અને પ્રવાહી ઠંડક જેવી નિષ્ક્રિય અથવા સક્રિય ગરમી વિસર્જન પદ્ધતિઓ કરતાં ઘણી વધારે છે, જે ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોની કડક તાપમાન નિયંત્રણ આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરે છે.

2. કોઈ ફરતા ભાગો અને કોઈ રેફ્રિજન્ટ નહીં: સોલિડ-સ્ટેટ ઓપરેશન, કોઈ કોમ્પ્રેસર અથવા પંખાના વાઇબ્રેશન હસ્તક્ષેપ નહીં, રેફ્રિજન્ટ લિકેજનું જોખમ નહીં, અત્યંત ઉચ્ચ વિશ્વસનીયતા, જાળવણી-મુક્ત, શૂન્યાવકાશ અને જગ્યા જેવા ખાસ વાતાવરણ માટે યોગ્ય.

3. ઝડપી પ્રતિભાવ અને ઉલટાવી શકાય તેવું: વર્તમાન દિશા બદલીને, કૂલિંગ/હીટિંગ મોડને તાત્કાલિક સ્વિચ કરી શકાય છે, ઝડપી પ્રતિભાવ ગતિ (મિલિસેકન્ડમાં) સાથે. તે ખાસ કરીને ક્ષણિક થર્મલ લોડ અથવા ચોક્કસ તાપમાન ચક્ર (જેમ કે ઉપકરણ પરીક્ષણ) ની જરૂર હોય તેવા એપ્લિકેશનો સાથે વ્યવહાર કરવા માટે યોગ્ય છે.

4. લઘુચિત્રીકરણ અને સુગમતા: કોમ્પેક્ટ માળખું (મિલિમીટર-સ્તરની જાડાઈ), ઉચ્ચ શક્તિ ઘનતા, અને વિવિધ જગ્યા-અવરોધિત ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ઉત્પાદનોની ડિઝાઇનને અનુરૂપ, ચિપ-સ્તર, મોડ્યુલ-સ્તર અથવા સિસ્ટમ-સ્તરના પેકેજિંગમાં લવચીક રીતે સંકલિત કરી શકાય છે.

5. સ્થાનિક ચોક્કસ તાપમાન નિયંત્રણ: તે સમગ્ર સિસ્ટમને ઠંડુ કર્યા વિના ચોક્કસ હોટસ્પોટ્સને ચોક્કસ રીતે ઠંડુ અથવા ગરમ કરી શકે છે, જેના પરિણામે ઉર્જા કાર્યક્ષમતા ગુણોત્તર વધુ અને વધુ સરળ સિસ્ટમ ડિઝાઇન બને છે.

III. એપ્લિકેશન કેસો અને વિકાસ વલણો

• ઓપ્ટિકલ મોડ્યુલ્સ: માઇક્રો TEC મોડ્યુલ (માઇક્રો થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ મોડ્યુલ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ મોડ્યુલ કૂલિંગ DFB/EML લેસરો સામાન્ય રીતે 10G/25G/100G/400G અને ઉચ્ચ દરવાળા પ્લુબલ ઓપ્ટિકલ મોડ્યુલ્સ (SFP+, QSFP-DD, OSFP) માં ઉપયોગમાં લેવાય છે જેથી લાંબા અંતરના ટ્રાન્સમિશન દરમિયાન આંખની પેટર્ન ગુણવત્તા અને બીટ એરર રેટ સુનિશ્ચિત થાય.

• LiDAR: ઓટોમોટિવ અને ઔદ્યોગિક LiDAR માં એજ-એમિટિંગ અથવા VCSEL લેસર લાઇટ સ્ત્રોતોને પલ્સ સ્થિરતા અને રેન્જિંગ ચોકસાઈ સુનિશ્ચિત કરવા માટે TEC મોડ્યુલ્સ થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ મોડ્યુલ્સ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલર્સ, પેલ્ટિયર મોડ્યુલ્સની જરૂર પડે છે, ખાસ કરીને એવા સંજોગોમાં જ્યાં લાંબા અંતર અને ઉચ્ચ-રિઝોલ્યુશન શોધની જરૂર હોય.

• ઇન્ફ્રારેડ થર્મલ ઇમેજર: હાઇ-એન્ડ અનકૂલ્ડ માઇક્રો-રેડિયોમીટર ફોકલ પ્લેન એરે (UFPA) એક અથવા બહુવિધ TEC મોડ્યુલ થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ મોડ્યુલ તબક્કાઓ દ્વારા ઓપરેટિંગ તાપમાન (સામાન્ય રીતે ~32°C) પર સ્થિર થાય છે, જે તાપમાન ડ્રિફ્ટ અવાજ ઘટાડે છે; રેફ્રિજરેટેડ મીડિયમ-વેવ/લોંગ-વેવ ઇન્ફ્રારેડ ડિટેક્ટર્સ (MCT, InSb) ને ઊંડા ઠંડકની જરૂર પડે છે (-196°C સ્ટર્લિંગ રેફ્રિજરેટર્સ દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે, પરંતુ લઘુચિત્ર એપ્લિકેશનોમાં, TEC મોડ્યુલ થર્મોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલ, પેલ્ટિયર મોડ્યુલનો ઉપયોગ પ્રી-કૂલિંગ અથવા સેકન્ડરી તાપમાન નિયંત્રણ માટે કરી શકાય છે).

• જૈવિક ફ્લોરોસેન્સ શોધ/રામન સ્પેક્ટ્રોમીટર: CCD/CMOS કેમેરા અથવા ફોટોમલ્ટિપ્લાયર ટ્યુબ (PMT) ને ઠંડુ કરવાથી નબળા ફ્લોરોસેન્સ/રામન સિગ્નલોની શોધ મર્યાદા અને ઇમેજિંગ ગુણવત્તામાં ઘણો વધારો થાય છે.

• ક્વોન્ટમ ઓપ્ટિકલ પ્રયોગો: સિંગલ-ફોટોન ડિટેક્ટર (જેમ કે સુપરકન્ડક્ટિંગ નેનોવાયર SNSPD, જેને અત્યંત નીચા તાપમાનની જરૂર હોય છે, પરંતુ Si/InGaAs APD સામાન્ય રીતે TEC મોડ્યુલ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ મોડ્યુલ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલ, TE કૂલર) અને ચોક્કસ ક્વોન્ટમ પ્રકાશ સ્ત્રોતો દ્વારા ઠંડુ કરવામાં આવે છે, માટે નીચા-તાપમાનનું વાતાવરણ પૂરું પાડે છે.

• વિકાસ વલણ: થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ મોડ્યુલ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક ડિવાઇસ, ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા (વધેલી ZT મૂલ્ય), ઓછી કિંમત, નાનું કદ અને મજબૂત કૂલિંગ ક્ષમતાવાળા TEC મોડ્યુલનું સંશોધન અને વિકાસ; અદ્યતન પેકેજિંગ તકનીકો (જેમ કે 3D IC, કો-પેકેજ્ડ ઓપ્ટિક્સ) સાથે વધુ નજીકથી સંકલિત; બુદ્ધિશાળી તાપમાન નિયંત્રણ અલ્ગોરિધમ્સ ઊર્જા કાર્યક્ષમતાને શ્રેષ્ઠ બનાવે છે.

થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ મોડ્યુલ્સ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલર્સ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલ્સ, પેલ્ટિયર એલિમેન્ટ્સ, પેલ્ટિયર ડિવાઇસ આધુનિક ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ઉત્પાદનોના મુખ્ય થર્મલ મેનેજમેન્ટ ઘટકો બની ગયા છે. તેનું ચોક્કસ તાપમાન નિયંત્રણ, સોલિડ-સ્ટેટ વિશ્વસનીયતા, ઝડપી પ્રતિભાવ, અને નાના કદ અને સુગમતા અસરકારક રીતે મુખ્ય પડકારોનો સામનો કરે છે જેમ કે લેસર તરંગલંબાઇની સ્થિરતા, ડિટેક્ટર સંવેદનશીલતામાં સુધારો, ઓપ્ટિકલ સિસ્ટમ્સમાં થર્મલ ડ્રિફ્ટનું દમન અને ઉચ્ચ-પાવર LED પ્રદર્શન જાળવણી. જેમ જેમ ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ટેકનોલોજી ઉચ્ચ પ્રદર્શન, નાના કદ અને વ્યાપક એપ્લિકેશન તરફ વિકસિત થાય છે, TEC મોડ્યુલ, પેલ્ટિયર કુલર, પેલ્ટિયર મોડ્યુલ એક બદલી ન શકાય તેવી ભૂમિકા ભજવવાનું ચાલુ રાખશે, અને તેની ટેકનોલોજી પોતે પણ વધતી જતી માંગણીઓને પૂર્ણ કરવા માટે સતત નવીનતા લાવી રહી છે.