在此提供了一种用于对装置进行冷却的热电冷却（TEC）系统，例如激光器。该TEC系统包括第一和第二热抽吸总成，以及至少与所述第二热抽吸总成相关联的一个控制单元。每个热抽吸总成具有一个从中抽吸热量的热源和一个耗散所收抽吸的热量的排热件。该至少第一和第二热抽吸总成是以一种级联关系安排的，这种级联关系在第二热抽吸总成的热源与第一热抽吸总成的热排放件之间具有至少一个热接口，该第一热抽吸总成的热源被热耦合到这个通过疏散热量对其进行冷却的电子装置上。该控制单元被配置成可运行性地执行以下至少一项：（i）运行所述第二热抽吸总成，以提供预期的温度条件，使得所述第一热抽吸总成的热排放温度如预期一样低，或者低于所述第一热抽吸总成的热源的温度一个特定值；以及（ii）运行所述第二热抽吸总成以维持所述热接口的预定温度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及热电系统以及提供有效热电冷却(TEC)和精确控制冷却温度的方法。本专利技术非常适用于对分布反馈(DFB)式二极管激光器的输出波长实施快速及精确的控制。
技术介绍
热电冷却(TEC)装置通常基于热电(TE)热泵，例如，固态主动热泵(solid-stateactive heat pump),这种热泵使用电 能将热量从某一装置的第一区域抽吸并传送到第二区域。同其他冷却技术相比较，TEC系统总体上的特征在于改进的抽吸性能，例如在“热”区域与“冷”区域之间可获取较大的温度差异，以及单位面积内更高的冷却率。TEC系统(无移动零件，免维护)的固态性质及其改进的抽吸性能，使其非常适合于控制多种电子装置的工作温度，其正常的工作和/或操作特性取决于其温度条件。这些包括电子和基于固态的装置，以及光学和电光装置。同时，在保持稳定温度的特定激光系统中，对于稳定TEC系统所能使用的激光器的输出频率而言，这可能是至关重要的。图IA示意性地展示了通过表面S1 (例如，作为散热器120和/或热传导耦合材料160的表面)与有待冷却的电子装置110进行热对接的一个TEC系统130的典型配置，即热量应从该装置疏散。同样，TEC系统通过另一个表面与一个散热片结构140进行热对接，以便与环境进行有效的热交换。利用此类TEC装置实现从电子装置110 (例如发热装置)进行热疏散的目的，使其能够保持/控制装置110的工作温度TS。TEC装置抽吸热量的热比率dQP/dt (Qp为TEC抽吸的热量，t为时间)应大于或至少等于装置110的热生成率和从环境到装置110的热流动率(例如因其温度差异而引起)的总和dQs/dt (Qs为有待冷却的装置所产生的热量)。热电式热泵可达到的热抽吸速率dQp/dt，一般随着抽吸热量热泵表面S2的尺寸增加，并随着周围温度Te和有待冷却的装置110的温度Ts之间温度差异的增加而减少。在某些情况下，对于给定的环境温度以及装置110的工作温度而言，通过装置110表面S1的热通量(dQs/dt)/IS1I大于热电式热泵可能达到的最大热通量(dQs/dt)/ds (例如通过表面S2)。是，可利用具有较大的热抽吸表面S2的热电式热泵135以及用于将通过表面S1放出的热量扩散到这个较大的热抽吸表面S2上的散热器120，实现对装置110所产生热量的抽吸和疏散。在给定的环境条件下(环境温度TE)，利用一个单一的热电式热泵135从给定的表面S1所能疏散/抽吸的热通量的量值是有限的，因此在环境温度TE与有待冷却的装置的温度1之间所能达到的温差AT也是有限的。这主要源自以下原因随着温差AT的增加，在与热抽吸方向相反的方向上，在热区域与冷区域之间的自然热流增加，并且随着浓度比率(Sys1)的增加，以浓缩的热抽吸速率工作的散热器的效率(例如，从相对大的热电式热泵(表面S2)至有待从中抽吸热量的较小的装置(表面S1))也大幅下降。这种类型的TEC的冷侦仪第一区域)与热侧(第二区域)之间的典型温差AT被限制在约30° C至70° C之间。如果需要更大的AT，可使用所谓级联配置的这些热泵中的另一个热泵对TEC的一个热泵的热侧进行冷却。在这种TEC的双泵配置中，整个TEC可达到的AT大于一个单一热泵可能达到的AT (但不到两倍)。已知的级联TEC装置一般包括3或4个热泵。级联排列一般旨在为TEC的热侧和冷侧之间提供大的AT (例如,最大温差)。图IB示意性地展示了包括两个级联热泵(例如热电)的典型TEC装置130’的实例。在此，一个额外热泵135’(例如热电式热泵)以级联方式热耦合在热泵135和散热片140之间，以使热泵135’的冷侧132’(热量被传输的第一区域)热耦合(例如，通过散热器138)到热侧134 (热量从冷侧被传输到此)上，并且热泵的热侧134’与散热片140耦合。综述在技术上，要求热电冷却(TEC)系统能够快速准确地控制与其关联的装置的操作 温度。许多电子装置需要在其操作温度上进行准确的控制。这种电子装置可能为或可能包括光学装置(例如，利用光栅、倍频晶体、共振腔)，以及其他电子或电光装置，例如输出频率可能与装置的操作温度关联的激光器组件。在某些情况下，以一种充分独立于可变条件的方式对电子装置的操作温度进行快速准确地控制也是可取的，例如周围温度和/或可能影响装置的操作温度的其他外部条件。例如，通过对激光器操作温度的控制，可实现对DFB激光器的输出波长进行准确快速地控制，例如，通过影响装置的物理尺寸从而影响其光学属性。这种对DFB激光器输出的快速准确控制，对THz (THz)辐射的形成/发射可能尤为重要。THz发射系统一般利用了拥有轻微输出频率差异的两个(或更多)DFB激光器的光学混合技术。这种光学混合过程的输出福射频率为两个激光器所述的“拍频”(为DFB激光器的频率差)。由此，对至少其中一个DFB激光器的输出频率进行准确控制可实现对THz发射系统的THz频率输出的准确控制。同时，对至少一个DFB激光器的快速控制可提供对THz频率辐射宽频带(例如，在0. ITHz至4THz之间)的快速控制。快速准确控制THz辐射的放射，对于各种应用来说特别重要，如THz光谱和THz成像。本专利技术可用于THz成像应用(如光谱分辨的THz成像和三维(3D) THz成像)，以快速扫描宽频带THz光谱的多THz频率中的样品。THz频率之间的快速切换可为成像系统提供更好的性能和更快的结果。按常规，通过类似于图IA和IB中示例的方法，实现对电子或电光装置如DFB激光器(或其零件)的操作温度进行控制。一般情况下，DFB激光器(在图中表示为冷却装置110)的热通量密度高于TEC 130能够吸收的热通量密度，在这种情况下，使用散热器120以便在DFB激光器相对较小的放热表面S1和TEC 130较大的表面S2之间提供热耦合。由于能够获得的有效热扩散只能达到有限的热扩散/集中比率(S2A1),尤其是与散热器元件的尺寸以及其特有的、绝对的热容量相关时，对散热器元件的利用稍微受到限制。在两个表面之间(例如S2和S1)提供充分均匀热扩散的散热器，一般拥有相当高的热质量和较高的导热系数。可替代地，或额外地，使用了级联的TEC装置(如图IB中的130’)，以便提供来自装置110的较高的热抽吸容量/速率(例如通过表面S1的较大热通量的抽吸)，允许进一步增加周围温度Te与装置110工作温度Ts之间的温差(Te-Ts)(例如，在给定的周围温度Te下，进一步降低装置110的稳态工作温度)。应注意的是，当前专利技术所述的不同温度与TEC装置的特定区域或附近测量的温度相关。公开了三个这样的温度测量，即温度Ts (与被冷却的装置有关或表现出被冷却的装置)、周围温度1 (与环境温度有关或表现出环境温度)和接口温度T1 (下面专门描述)。应理解的是，根据本专利技术，表现出这些温度的测量应该利用直接或间接测量的各种技术获得。同时，那些温度被考虑/测量的区域通常可由热接口区域构成，比如温度梯度可能存在的散热片或散热器。在这种情况下，可以考虑在所述热接口的特定点/区域对应的温度，或者温度测量可为穿越界面的温度的特定函数(例如平均值)。更具体而言，周围温度TE可与环境温度或TEC装置的任何区域/点的温度本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·康诺利，约翰·鲁尔斯顿，丹尼尔·曼德利克，
申请(专利权)人：诺瓦特安斯集团有限公司，
类型：
国别省市：
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