Каскадні термоелектричні охолоджувачі для об’єктів напівпровідникової оптоелектроніки
Вантажиться...
Дата
2002
Автори
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Одес. держ. акад. холоду
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.14 - Холодильна і кріогенна техніка, системи кондиціювання.
У дисертації подані результати досліджень, спрямованих на створення каскадних термоелектричних охолоджувачів (ТЕО) для інтенсивних (локалізованих) і розподілених (планарних) об'єктів напівпровідникової оптоелектроніки. Розроблено нові модельні наближення, узагальнені методи й алгоритми розрахунку й оптимізації каскадних ТЕО, що враховують специфіку оптоелектронних застосувань. Досліджено різні конфігурації каскадних ТЕО, включаючи відомі схеми послідовного і паралельного з'єднання каскадів і їх можливі комбінації з погляду перспектив їхнього використання для охолодження різноманітних видів оптоелектроних елементів. Описано методи узгодження їх параметрів з об'єктами охолодження. Результати досліджень використані при створенні каскадних ТЕО для елементів напівпровідникової оптоелектроніки за договором із французькою компанією “Marvel Thermoelectrics” і при виконанні контракту з Інститутом Космічної Астрофізики Франції.
Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.14 - Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования. В диссертации представлены результаты исследований, направленных на создание каскадных термоэлектрических охладителей (ТЕО) для интенсивных (локализованных) и распределенных (планарных) объектов полупроводниковой оптоэлектроники. Разработаны новые модельные приближения, методы и алгоритмы расчета и оптимизации каскадных ТЕО, учитывающие специфику оптоэлектронных применений. Предложена обобщенная модель каскадного ТЕО с разветвленным питанием, которая позволяет с единых позиций описать распределение электрических параметров и систему балансовых соотношений для любого частного схемного решения, включая известные схемы последовательного и параллельного соединения каскадов и их возможные комбинации. Показано, что все схемы, будучи оптимально спроектированными, характеризуются одинаковым уровнем предельной энергетической эффективности, а особенности, присущие каждой из них, влияют лишь на конфигурацию охладителя. Подробно рассмотрена проблема оптимизации ТЕО, предназначенных для охлаждения интенсивных предельно локализованных источников теплоты (мощных полупроводниковых лазеров, усилителей мощности). Впервые сформулирована модель каскадного ТЕО, включающая совместное описание охлаждаемого объекта, термоэлектрических каскадов и межкаскадных электроизолирующих подложек с трехмерным растеканием в них теплоты. Такое модельное приближение позволило выявить и минимизировать основные источники потерь в охладителях с последовательным питанием каскадов, что открывает новые возможности для повышения их эффективности. Показано, что использование принципа разветвленного питания позволяет реализовать новые конфигурации низкотемпературных ТЕО, согласованные по размерам с такими объектами охлаждения, как ПЗС-матрицы, матрицы фотоприемников, ИК-детекторы и иные планарные компоненты оптоэлектроники с относительно большими размерами охлаждаемой поверхности. Результаты исследований использованы при разработке низкотемпературных ТЕО для объектов оптоэлектроники. В частности, они нашли практическое применение при создании каскадного ТЕО для мощного полупроводникового лазера (по договору с французской компанией “Marvel Thermoelectrics”) и при выполнении контракта с Институтом Космической Астрофизики Франции по разработке четырехкаскадного охладителя с разветвленным питанием, предназначенного для охлаждения фотоприемной матрицы ИК-спектрометра до температуры 120 К.
Thesis for candidate of engineering science science’s degree by specialty 05.05.14 - Refrigerate and cryogenic technique, condition systems. The researches results, directional on creation of cascade thermoelectric coolers (TEC) for the intensive (localized) and distributed (planar) semiconducting optoelectronics objects are submitted. The new model approximations, generalized methods and both algorithms of calculation and optimization cascade TEC, taking into account specificity of optoelectronic applying are elaborated. The different configurations cascade TEC, including the known schemes series ahd parallel connection of stages and their possible combinations are investigated from the point of view of their usage outlooks for different kinds of optoelectronic elements cooling. The methods of the their parameters coordination with cooling objects are described. The outcomes of researches utilized at creation cascade TEC for semiconducting optoelectronics elements under the agreement with French company " Marvel Thermoelectrics " and at fulfillment of contract with France Institute of a Space Astrophysics.
Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.14 - Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования. В диссертации представлены результаты исследований, направленных на создание каскадных термоэлектрических охладителей (ТЕО) для интенсивных (локализованных) и распределенных (планарных) объектов полупроводниковой оптоэлектроники. Разработаны новые модельные приближения, методы и алгоритмы расчета и оптимизации каскадных ТЕО, учитывающие специфику оптоэлектронных применений. Предложена обобщенная модель каскадного ТЕО с разветвленным питанием, которая позволяет с единых позиций описать распределение электрических параметров и систему балансовых соотношений для любого частного схемного решения, включая известные схемы последовательного и параллельного соединения каскадов и их возможные комбинации. Показано, что все схемы, будучи оптимально спроектированными, характеризуются одинаковым уровнем предельной энергетической эффективности, а особенности, присущие каждой из них, влияют лишь на конфигурацию охладителя. Подробно рассмотрена проблема оптимизации ТЕО, предназначенных для охлаждения интенсивных предельно локализованных источников теплоты (мощных полупроводниковых лазеров, усилителей мощности). Впервые сформулирована модель каскадного ТЕО, включающая совместное описание охлаждаемого объекта, термоэлектрических каскадов и межкаскадных электроизолирующих подложек с трехмерным растеканием в них теплоты. Такое модельное приближение позволило выявить и минимизировать основные источники потерь в охладителях с последовательным питанием каскадов, что открывает новые возможности для повышения их эффективности. Показано, что использование принципа разветвленного питания позволяет реализовать новые конфигурации низкотемпературных ТЕО, согласованные по размерам с такими объектами охлаждения, как ПЗС-матрицы, матрицы фотоприемников, ИК-детекторы и иные планарные компоненты оптоэлектроники с относительно большими размерами охлаждаемой поверхности. Результаты исследований использованы при разработке низкотемпературных ТЕО для объектов оптоэлектроники. В частности, они нашли практическое применение при создании каскадного ТЕО для мощного полупроводникового лазера (по договору с французской компанией “Marvel Thermoelectrics”) и при выполнении контракта с Институтом Космической Астрофизики Франции по разработке четырехкаскадного охладителя с разветвленным питанием, предназначенного для охлаждения фотоприемной матрицы ИК-спектрометра до температуры 120 К.
Thesis for candidate of engineering science science’s degree by specialty 05.05.14 - Refrigerate and cryogenic technique, condition systems. The researches results, directional on creation of cascade thermoelectric coolers (TEC) for the intensive (localized) and distributed (planar) semiconducting optoelectronics objects are submitted. The new model approximations, generalized methods and both algorithms of calculation and optimization cascade TEC, taking into account specificity of optoelectronic applying are elaborated. The different configurations cascade TEC, including the known schemes series ahd parallel connection of stages and their possible combinations are investigated from the point of view of their usage outlooks for different kinds of optoelectronic elements cooling. The methods of the their parameters coordination with cooling objects are described. The outcomes of researches utilized at creation cascade TEC for semiconducting optoelectronics elements under the agreement with French company " Marvel Thermoelectrics " and at fulfillment of contract with France Institute of a Space Astrophysics.
Опис
Безверхов, Д. Б.
Каскадні термоелектричні охолоджувачі для об'єктів напівпровідникової оптоелектроніки [Текст] : автореф. дис. ... канд. техн. наук : спец. 05.05.14 "Холодильна і кріогенна техніка, системи кондиціонування" / Безверхов Дмитро Борисович ; наук. кер. В. О. Семенюк ; Одес. держ. акад. холода. – Одеса : ОДАХ, 2002. – 19 с.
Ключові слова
термоелектрика, каскадний охолоджувач, оптоелектроніка, напівпровідниковий лазер, ІЧ-спектрометр, математичне моделювання, конструкція, експеримент, термоэлектричество, каскадный охладитель, оптоэлектроника, полупроводниковый лазер, ИК-спектрометр, математическое моделирование, оптимизация, thermoelectricity, cascade cooler, optoelectronics, semiconducting laser, IR- spectrometer, mathematical modeling, design, experiment