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Temperaturregler und TEC-Controller-Module – Einsatzmöglichkeiten & Anwendungen

Temperaturregler sind dafür konzipiert, die Temperatur zu regeln und Wärme bei temperaturkritischen Elementen wie Laserdioden abzuführen. Dies wird entweder durch Kühlen oder Heizen eines Thermoelektrischen Kühlers (TEC) erreicht, indem ein positiver oder negativer Strom und eine entsprechende Spannung angelegt werden. Sie werden häufig auch als Peltier-Elemente, Wärmepumpen oder Wärmeübertrager bezeichnet.

Temperaturregler legen einen Strom und eine Spannung an ein TEC-Element an. Dies kann zwei Hauptfunktionen erfüllen. Die erste Funktion besteht darin, Wärme von der Laserdioden oder einem anderen thermischen Last-Element abzuführen. Das Kühlen der Laserdioden ist notwendig, um ihre Lebensdauer aufrechtzuerhalten. Beispielsweise hat eine GaAs-Laserdiode, die im nahen Infrarot (NIR) arbeitet, typischerweise eine Lebensdauer von 10.000 Stunden bei 25 °C. Als Faustregel gilt, dass sich die Lebensdauer der Laserdioden mit jedem um 10 °C höheren Betriebstemperatur um den Faktor 2 verringert. Eine Laserdiode erzeugt häufig mehrere Watt oder Joule thermische Energie (Wärme), was zu Eigenerwärmung führt, selbst bei effektiver Wärmeabfuhr mit geringer thermischer Widerstandsfähigkeit. Daher ist ein Temperaturregler erforderlich, um die Lebensdauer des Halbleiterbauelements zu gewährleisten.

Unsere TEC-Regelprodukte finden Sie auf der Seite Temperaturregelung. Außerdem können Sie unser vollständiges Angebot hier entdecken: Hauptproduktlinien, die von Opt Lasers gefertigt werden.

Die zweite Funktion besteht in der Stabilisierung der Temperatur der Laserdioden, was für die Leistungsstabilität maßgeblich ist. Laserdioden, wie viele Halbleitermaterialien, arbeiten bei erhöhten Temperaturen in der Regel weniger effizient. Eine geringere Effizienz durch Überhitzung des pn-Übergangs resultiert in einer reduzierten optischen Ausgangsleistung. Daher ist es notwendig, die Temperatur mit einem Laserdioden-Controller zu regeln. Der Temperaturregler steuert einen variablen Strom auf das Peltier-Element in Abhängigkeit vom Rückkopplungssignal des Thermistors, welches als Widerstand vorliegt. Der Thermistor ist ein Sensorelement, das zur Temperaturmessung an einem bestimmten Punkt verwendet wird. Der elektrische Widerstand eines Thermistors variiert in direkter Relation nach einer Exponentialfunktion mit Konstanten, welche die Eigenschaften des spezifischen Thermistors beschreiben. Der Stromregler misst den Widerstand des Thermistors, indem er einen kleinen Strom, üblicherweise im Bereich von mehreren µA, anlegt und die Spannung am Thermistor abliest.

Opt Lasers™ Temperaturregler sind mit einer breiten Auswahl an maximalen Strömen und Spannungen erhältlich, um Wärme von Laserdioden abzuführen und deren Temperatur zu stabilisieren. Temperaturregler werden zusammen mit einem TEC-Element und einem Laserdioden-Stromtreiber zum Betrieb der Laserdioden eingesetzt.