一种新型散热装置的声光器件制造方法及图纸

一种新型散热装置的声光器件，该器件的主要特征在于将原器件上下电极功能颠倒，改变了原散热方式和结构。构成为声光介质固定在散热体内，其Ｂ端依次连接下电极、换能器和上电极。电输入引线接下电极。上电极采用与散热体连为一体或紧密滑动配合的良导体金属块。声光介质Ｂ端与散热体间接入金属垫块和弹簧片。该器件具有承受功率能力强，保持原器件性能指标，加工简便，介质内外温差小，不易炸裂，寿命长等优点。（*该技术在2000年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种新型散热装置的声光器件用于控制光的振幅、方向和频率，可广泛应用于高科技和某些研究领域中。通常衡量不同的声光器件质量的共同重要指标是它的稳定性、可靠性和能达到的衍射效率(衍射光和入射光强之比)，根据理论计算可得布拉格型一级衍射效率 η＝sin2( (π)/(λ。)2M2LpaH]]>)喇曼一奈斯型衍射效率 ηm＝J2m( (π)/(λ。) )式中λo为λ射光在声光介质中的波长，M2声光介质材料的声光优质，L、H分别是压电换能器的长度和宽度，Pa为超声功率，Jm为m阶贝塞尔函数m＝0、1、2……。由此可知，衍射效率与超声功率密切相关，成非线性关系。超声功率则是由加在压电换能器上的电驱动功率所提供。目前使用的声光器件一般结构如图1所示。它是由固定在散热体上的声光介质，及依次与声光介质相连结的键合层(兼下电极)、压电换能器和上电极构成。其中电输入引线焊接到上电极上。工作原理为，工作频率为数十兆赫并带有调制信号的电源通过引线馈入换能器电极，使压电换能器产生机械振动，键合层将这一振动耦合到互作用介质中去，形成超声波，使介质折射率发生周期性变化。当激光束穿过超声场时发生衍射，从而实现了对光的调制。衍射光的强度和方向受输入信号的控制。从上述的常规器件的一般结构可知，由驱动源提供在压电换能器上的电功率，除部份转换成超声功率进入声光介质成为有用功率外，部份电能直接转变为热(换能器热损耗)，它不仅使换能器本身温度升高，并通过键合层(通常是金属层)直接传入声光介质内，使介质内部(尤其是换能器下复盖部份)的温度随功率密度的增加而急剧上升。目前各类常规器件都是把声光介质作为导热介质，把热从内到外再传至散热体进行散发，由于常用介质材料如氧化(Teo2)、钼酸铅(pbMOO4)晶体或重火石玻璃、熔石英等都是热的不良导体，因而在内部形成很大的温度梯度和应力分布，这成为器件炸裂的主要因素。而大多数炸裂是从换能器下对应于电极焊点的地方开始，尤其是上述前两种晶体是常用的高性能声光介质材料，由于它们质地脆弱、机械强度低、对温度变化非常敏感，极易炸裂。为此常常采用限制电输入功率的方法加以保护，不得不牺牲部份衍射效率。但若偶有不慎也可产生炸裂。这对用于作光信号处理的器件，一般还可以承受。在另一些场合，例如要求超过“拐点”使用，便无能为力了。另一保护措施是加水冷却(一般冷却散热体)这可使系统温度降低，并没有减小介质中的温度拐度和应力分布，炸裂仍然可能发生。另外也可用弹性金属片与上电极压接以代替焊接的电极引线，它可以起到换能器的匀热作用，而不能达到降温目的。总之，以上这些方法都没有从根本上解决散热降温和消除温度梯度的问题。再则，因换能器及介质在连续工作时，局部温度过高(即使未达到炸裂程度)，长时间使用会减弱键合层的附着强度，甚至脱离。大大影响衍射效率，加速器件老化过程，缩短使用寿命。随着科研进展，声光器件要求一级、二级(或许更高级)衍射光都需超过拐点，以提供足够的非线性工作状态，所需超声功率相应要增加许多倍。现有声光器件结构，即使一维器件都不能承受，何况多维器件是在同一声光介质上有多个方向不同的换能器，同时加入超声倍号或者一个换能器上加入多个不同频率的超声信号，则原有结构更无能为力了。本技术的目的在于克服上述不足，提供一种承受功率能力强的新型散热装置的声光器件。本技术的目的是这样实现的，它是将原上下电极的功能颠倒使用，改变了通行的散热方式和结构，使换能器上产生的热(主要热源)直接迅速传至散热体散发，而不再经过声光介质，亦即改变了原来的导热方向和路径。本技术的结构如图2所示，其中声光介质固定在散热体内，声光介质A端依次连接下电极(兼键合层)、换能器和上电极。驱动源引出的电输入引线联结到下电极(兼键合层)上。上电极采用了良导体金属块，并与散热体连接为一体或紧密滑动配合。上电极也可与底座连为一体。为了保证上电极与换能器之间呈弹性平面接触，接触面之间保持一定的压力，在声光介质的B端与散热体之间可垫入弹簧片；或直接采用弹性压片挤压在上电极或声光介质的B端。由于行波器件中的声光介质B端呈斜面状，故在其B端与弹簧垫片之间插入一带斜面状的金属垫块。本技术经多次试验结果证明，这一结构设计合理、有效，它可以1、提高了整个器件承受功率能力，有效地发挥了器件的最大效率。实用于包括一维到多维在内的各种常规体波声光器件。可满足一些特殊使用要求。2、不仅可使整个换能器温度接近散热体温度，而且各点温度分布均匀，消除了局部过热现象，延长了器件寿命。3、声光介质内外温差小(同一散热体)，可基本消除介质内部的温度梯度和应力分部，极大地排除了炸裂的可能性。4、上电极具有良好的传热导电双重功能，它与换能器之间接触面积大，电阻抗和热阻抗均很小。此外这种新结构形式并不改变原声光器件的性能指标，不影响电学和光学性能。保持器件原尺寸大小，不需特殊加工，且材料来源容易、成本低、实用性强。曾对用于空间相干光学双稳的喇曼一奈斯声光调制器进行测试。这种器件尺寸小，要求驱动功率大，一、二级衍射均要求过拐点，具体测试条件和结果如下器件长度10mm(晶体介质材料钼酸铅、换能器材料铌酸锂)输入功率3～5W(不太精确)空气散热 一、二级衍射均大大超过拐点，可提供足够强的非线性工作状态。器件在拐点连续工作一小时后，换能器温升小于60℃。以上结果证明完全符合设计标准，器件可以长时间连续工作在拐点以后。如用在一维布拉格型器件，则可保持器件性能稳定、不变、大大延长使用寿命。 附图说明图1常规声光器件结构示意图1、散热体，2、电输入引线，3、焊接点，4、上电极，5、压电换能器，6、下电极(兼键合层)，7、声光介质；图2本技术的结构示意图8、金属垫块，9、弹簧垫片，A端声光介质连接下电极的一端，B端声光介质的斜面端。本技术可具体实施的结构由以下实施例和附图给出。图3～图5给出了几种不同形式的上电极结构(行波器件结构图，驻波器件无金属垫块)图3中的上电极与底座11连为一体，弹簧压片10紧压声光介质的B端以确保上电极与换能器之间的弹性面接触。这种器件适合于单片电极型的声光器件。图4是用良导体金属块制成的圆柱形上电极12。尔后将上电极与换能器接触吻合。这种器件适用于多维器件。图5中采用了滑块式上电极13，该上电极可在散热体内上下滑动，与散热体呈紧密滑动配合。该器件也适用于多维器件。上述图2中给出的声光器件，上电极与散热体连为一体，加工简单，适用于各种一维器件。参照图2～5可以制造出实用于一维到多维在内的各类常规体波声光器件。权利要求1.一种新型散热装置的声光器件包括有散热体、声光介质、下电极(兼键合层)、压电换能器和上电极，本技术的特征在于，声光介质固定在散热体内，声光介质A端依次连接下电极(兼键合层)、换能器和上电极，驱动源引出的电输入引线联结到下电极(兼键合层)上，其中上电极采用良导体金属块。2.根据权利要求1所述的一种新型散热装置的声光器件，其特征在于，上电极与散热体连为一体或紧密滑动配合，也可与底座连为一体。3.根据权利要求1所述的一种新型散热装置的声光器件，其特征在于，声光介质的B端与散热体之间可垫入弹簧片，或直接采用弹性压片压在上电极或声光介质的B端。4.根据权本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型散热装置的声光器件包括有散热体、声光介质、下电极（兼键合层）、压电换能器和上电极，本实用新型的特征在于，声光介质固定在散热体内，声光介质Ａ端依次连接下电极（兼键合层）、换能器和上电极，驱动源引出的电输入引线联结到下电极（兼键合层）上，其中上电极采用良导体金属块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡泰益，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]