光器件中的TEC

什么是TEC

        TEC(Thermo Electric Cooler)是半導體制冷器 (也稱(chēng)熱電制冷器) 的簡(jiǎn)稱(chēng)。它是一種固態(tài)制冷技術(shù)，原理是熱電材料的帕爾貼效應：當兩種不同導體構成回路時(shí)，若給回路一個(gè)直流電，則回路中的一個(gè)節點(diǎn)放熱，另一個(gè)節點(diǎn)制冷；電流方向反向，則熱流方向也反向。單個(gè)熱電材料晶粒的制冷能力有限，TEC一般有十幾到幾十個(gè)晶粒組合而成。配合熱敏電阻，以及控制電流方向，TEC既可以制冷又可以制熱，實(shí)現優(yōu)于0.1℃的溫度控制穩定性。

光器件為什么使用TEC

        維持工作波長(cháng)的穩定：DFB激光器波長(cháng)-溫度漂移系數約為0.1nm/℃，在光模塊的使用溫度范圍內，DFB的波長(cháng)漂移范圍達7nm(0~70℃商業(yè)溫度)，這一范圍超過(guò)很多波分復用系統的波長(cháng)間隔，會(huì )引起通道間串擾。所以對于DWDM、LAN-WDM、MWDM這類(lèi)通道間隔比較小的WDM系統，無(wú)論使用何種激光器芯片，均需使用TEC控溫維持輸出波長(cháng)的穩定。

        保證器件的性能：某些光器件只有在穩定的溫度下，才能體現出最優(yōu)性能。例如EML芯片，其DFB部分溫度漂移系數為0.1nm/℃，其EA部分的溫度漂移系數為0.5nm/℃，兩者存在嚴重的不匹配。若不用TEC控溫，高溫下EML芯片的光功率會(huì )嚴重下降，調制特性大打折扣，所以EML芯片一般需要控溫；又例如SOA芯片，溫度變化會(huì )引起增益譜的變化，還會(huì )引起熱噪聲的起伏，一般也必須使用TEC控溫；

        大功率器件的散熱：某些大功率器件，僅憑高熱導率材料的被動(dòng)散熱方式很難滿(mǎn)足散熱需求，必須使用TEC這種主動(dòng)散熱方式，才能有比較好的散熱效果。

光器件TEC的特點(diǎn)

        小尺寸：光器件中的TEC尺寸都很小，如TO中的Mirco-TEC尺寸面積在3mm2以?xún)?，其中熱電晶粒尺寸?.3x0.3x0.4mm3以?xún)龋?/span>

        高制冷效率(COP)：制冷量與輸入TEC總功率的比值是制冷效率。制冷效率越高，抽走相同熱量所消耗的TEC功耗也就越少，光器件功耗也就越小。

        高可靠性：帶TEC的光器件都是很昂貴的，很多用在傳輸網(wǎng)，要求電信級可靠性 (TEC的可靠性在Telcordia-GR-468 ISSUE2 中的7.1章節)；現在400G數據模塊里面又出現了非氣密封裝的TEC，這對TEC的可靠性又提出了新的挑戰。

光器件TEC制作難點(diǎn)

        去淘寶上用"TEC"作為關(guān)鍵詞搜一下，可以搜出成百上千個(gè)TEC商品。但仔細觀(guān)察，就會(huì )發(fā)現這些TEC都是邊長(cháng)達數十毫米的大TEC，它們價(jià)格低廉，同質(zhì)化十分嚴重。光器件使用的高附加值miro-TEC基本全部從日本、美國和俄羅斯進(jìn)口。

        為什么我們自己生產(chǎn)不出滿(mǎn)足光通信器件的高性能的Micro-TEC芯片呢？其瓶頸到底在哪里？先讓我們了解發(fā)展Micro-TEC芯片的兩大關(guān)鍵核心技術(shù)：具有高熱電轉換效率的高強度熱電材料制造技術(shù)和Micro-TEC芯片的高精度封裝技術(shù)。