¿Qué es el enfriador termoeléctrico TEC para diodo láser?

Diodo láserEs una fuente de luz semiconductora capaz de producir un rayo láser de una longitud de onda específica. Debido a su pequeño tamaño, alta eficiencia, larga vida útil y costo relativamente bajo, los diodos láser desempeñan un papel vital en la tecnología y la industria modernas. Se utilizan ampliamente en sistemas de comunicación de fibra óptica como portadores de transmisión de información, lo que hace que el intercambio global de datos sea más rápido y confiable. Además, los diodos láser también se utilizan en la industria médica para cirugía y terapia con láser, en electrónica de consumo para tecnología de lectura e impresión de discos ópticos, en investigación científica para mediciones y sensores de precisión, y en los campos militar y de seguridad para objetivos diversos. como indicación y medición de distancia. En resumen, los diodos láser son un componente clave del progreso tecnológico moderno y han tenido un profundo impacto en el desarrollo de todos los ámbitos de la vida.

La gestión térmica es una parte crucial del funcionamiento y la aplicación del láser. En el proceso de conversión de energía eléctrica en energía luminosa, los diodos láser inevitablemente generan calor. Si este calor no se puede disipar eficazmente, hará que la temperatura del equipo aumente, afectando así el rendimiento y la estabilidad del láser.
En concreto, el aumento de las temperaturas puede provocar los siguientes problemas:
1. Deriva de la longitud de onda: a medida que aumenta la temperatura, la longitud de onda de salida del láser cambiará, lo que afectará su precisión en los sistemas de comunicación y la precisión en otras aplicaciones.
2. Aumento de la corriente umbral: el aumento de la temperatura hará que aumente la corriente umbral del diodo láser, lo que significa que se requiere más corriente de entrada para lograr las condiciones para la emisión del láser, lo que reduce la eficiencia y aumenta el consumo de energía.
3. Vida útil reducida: las altas temperaturas acelerarán el proceso de envejecimiento de los materiales internos del diodo láser y reducirán la vida útil del dispositivo.
4. Inestabilidad del modo: Los cambios de temperatura pueden hacer que el modo (distribución espacial y espectral) del láser se vuelva inestable, lo que es perjudicial para las aplicaciones que requieren una alta calidad del haz.
5. Fluctuaciones de intensidad: las fluctuaciones de temperatura también pueden causar inestabilidad en la potencia de salida del láser, lo cual es particularmente crítico en campos que requieren una estabilidad extremadamente alta, como el procesamiento y la medición de precisión.

Por lo tanto, las estrategias eficaces de gestión térmica, como el uso de refrigeradores termoeléctricos (TEC) para el control de la temperatura, se vuelven clave para garantizar el rendimiento del diodo láser. Al mantener una temperatura de funcionamiento constante, se puede proteger el láser contra el sobrecalentamiento, lo que garantiza características de salida estables, prolonga la vida útil y mantiene una alta eficiencia y una salida láser de alta calidad.

TEC (Thermo Electric Cooler) es un refrigerador termoeléctrico o refrigerador termoeléctrico. También se le llama chip de refrigeración TEC porque parece un dispositivo de chip.

La tecnología de refrigeración termoeléctrica semiconductora es una tecnología de conversión de energía que utiliza el efecto Peltier de materiales semiconductores para lograr refrigeración o calefacción. Es ampliamente utilizado en optoelectrónica, industria electrónica, biomedicina, electrodomésticos y otros campos. El llamado efecto Peltier se refiere al fenómeno de que cuando una corriente continua pasa a través de un par galvánico compuesto por dos materiales semiconductores, un extremo absorbe calor y el otro extremo libera calor en ambos extremos del par galvánico.

Principio de funcionamiento:
Los dispositivos de refrigeración termoeléctricos suelen estar compuestos por varios pares de termopares semiconductores de tipo p y n conectados en serie. Cuando se conecta una fuente de alimentación de CC, la temperatura de un extremo del dispositivo de enfriamiento termoeléctrico disminuirá, mientras que la temperatura del otro extremo aumentará al mismo tiempo. Al utilizar varios métodos de transferencia de calor, como intercambiadores de calor, para disipar continuamente el calor del extremo caliente del dispositivo de refrigeración, el extremo frío del dispositivo seguirá absorbiendo calor del entorno de trabajo. Vale la pena señalar que este fenómeno es completamente reversible, simplemente cambiando la dirección de la corriente puede hacer que el calor se transfiera en la dirección opuesta. Por lo tanto, ambas funciones de refrigeración y calefacción se pueden lograr simultáneamente en un dispositivo de refrigeración termoeléctrico.

El refrigerador termoeléctrico TEC está compuesto por un polo semiconductor interno P, un polo semiconductor N y metal conductor, así como un sustrato cerámico para el intercambio de temperatura en las capas superior e inferior. La capacidad de enfriamiento de un solo par de refrigeración termoeléctrico es limitada y TEC generalmente se compone de una docena a docenas de pares de refrigeración. La diferencia de temperatura entre los extremos frío y caliente de un solo TEC puede alcanzar los 60 ~ 70 grados, y la temperatura del extremo frío puede alcanzar los -20~-10 grados. Si desea obtener una diferencia de temperatura mayor y una temperatura del extremo frío más baja, puede apilar varios TEC. Hay varias formas de TEC disponibles en el mercado según los escenarios y métodos de uso.

Aplicación de TEC en diodos láser:
Mantenga la estabilidad operativa: la longitud de onda de los diodos láser varía con la temperatura, lo que no está permitido para los sistemas de comunicación que requieren longitudes de onda precisas. Al controlar con precisión la temperatura del diodo láser, TEC puede mantener la estabilidad de su longitud de onda operativa, garantizando así la estabilidad operativa del diodo láser.
Mejore la calidad y la vida útil de la salida: la estabilidad de la temperatura no solo afecta la longitud de onda, sino que también afecta la potencia de salida y el modo del láser. Un control adecuado de la temperatura puede mejorar la calidad de salida del láser y al mismo tiempo reducir el estrés térmico causado por las fluctuaciones de temperatura, extendiendo así la vida útil del diodo láser.
Cumplir con requisitos específicos: diferentes tipos de diodos láser pueden tener diferentes requisitos de temperatura. Por ejemplo, el coeficiente de deriva de longitud de onda-temperatura de los láseres DFB (retroalimentación distribuida) es de aproximadamente 0.1 nm/grado, lo que significa que la deriva de longitud de onda puede ser de hasta 7 nm en el rango de temperatura de 0 a 70 grados. El uso de TEC puede ayudar a controlar la estabilidad de la longitud de onda de los láseres dentro de estos rangos de temperatura para satisfacer las necesidades de aplicaciones específicas.

TEC tiene una amplia gama de productos de refrigeración termoeléctrica, que incluyen dispositivos de refrigeración termoeléctricos de una sola etapa, dispositivos de refrigeración termoeléctricos de múltiples etapas, dispositivos de refrigeración microtermoeléctricos, dispositivos de refrigeración termoeléctricos anulares y otros tipos.
Clasificación:
1. Serie de una sola etapa: Según los diferentes procesos de producción, se divide en series convencionales, series de alta potencia, series de alta temperatura y series de productos reciclables. Los productos de la serie de una sola etapa son productos TEC estándar, que tienen mayor rendimiento, mayor confiabilidad y una variedad de Disponibles en una amplia gama de capacidad de enfriamiento, geometría y potencia de entrada, se utilizan principalmente en equipos industriales, de laboratorio, médicos, militares y otros campos.
2. Serie de etapas múltiples: Se utiliza principalmente en áreas con grandes diferencias de temperatura o requisitos de baja temperatura. Este tipo de TEC tiene un pequeño poder de refrigeración y es adecuado para ocasiones que requieren una potencia de refrigeración pequeña y media y grandes diferencias de temperatura. Normalmente se utiliza en detección de infrarrojos, CCD y campos fotoeléctricos. El diseño de diferentes métodos de apilamiento puede satisfacer las necesidades de refrigeración profunda. Este tipo de refrigerador puede lograr una diferencia de temperatura mayor que un TEC de una sola etapa.
3. Serie Micro: diseñada y desarrollada para adaptarse a entornos de alta temperatura y espacios reducidos. Productos desarrollados utilizando procesos avanzados de fabricación de materiales termoeléctricos de alto rendimiento. Productos como transmisores láser, receptores ópticos y bombas láser se utilizan normalmente en la industria de las comunicaciones ópticas.
4. Serie de anillos: Adecuado para aplicaciones de potencia de refrigeración media. Esta serie de productos tiene un orificio circular en el centro de la cerámica del lado frío y caliente para acomodar protuberancias para fijación óptica, mecánica o sondas de temperatura. Normalmente se utiliza en equipos industriales, eléctricos, de laboratorio y optoelectrónicos y otros campos.

En comparación con los métodos de refrigeración mecánica tradicionales, la tecnología de refrigeración termoeléctrica no requiere ningún refrigerante y es un método de refrigeración de estado sólido respetuoso con el medio ambiente con tamaño pequeño, peso ligero, sin vibración, sin ruido, control preciso de la temperatura, alta confiabilidad y con ventajas como Al trabajar en cualquier ángulo, la tecnología termoeléctrica es una de las soluciones técnicas importantes incluso en determinados campos de aplicación.
Ventajas de la tecnología de refrigeración termoeléctrica TEC:
Enfriamiento activo: el enfriamiento termoeléctrico es un método de enfriamiento activo que puede enfriar objetos por debajo de la temperatura ambiente, lo cual es imposible con los radiadores comunes. Al utilizar refrigeradores termoeléctricos de etapas múltiples en un entorno de vacío, se pueden alcanzar temperaturas aún más bajas, de hasta -100 grados.
Refrigeración punto a punto: la refrigeración termoeléctrica tiene una estructura compacta y puede lograr un control preciso de la temperatura en un espacio o rango pequeño, e incluso puede lograr una refrigeración punto a punto, que no se puede lograr con otros métodos de refrigeración.
Alta confiabilidad: la refrigeración termoeléctrica no tiene partes móviles, tiene alta confiabilidad y puede funcionar durante mucho tiempo sin mantenimiento. Es adecuado para sistemas que no son fáciles de desmontar después de la instalación o que requieren una larga vida útil.
Control preciso de la temperatura: la refrigeración termoeléctrica es una fuente de alimentación de CC y la capacidad de enfriamiento es fácil de ajustar. Al ajustar la corriente de entrada, se puede lograr un control preciso de la capacidad de enfriamiento y la temperatura, logrando una estabilidad del control de temperatura mejor que 0.01 grados.
Refrigeración/calefacción: La tecnología termoeléctrica tiene funciones tanto de refrigeración como de calefacción. El mismo sistema puede lograr tanto el modo de refrigeración como el de calefacción simplemente cambiando la dirección de la corriente.

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