用于声光装置的耐蚀流体冷却布置制造方法及图纸

一种耐蚀流体冷却式声光ＡＯ装置（３００）包含ＡＯ交互作用介质（３０１）及附加到所述ＡＯ介质（３０１）的压电转换器（３１５）。冷却布置热耦合到所述ＡＯ介质且包含第一材料及至少一个冷却管道，所述至少一个冷却管道在所述第一材料内热接触、由第二不同材料形成且具有耦合到其的入口（流入，冷却剂流入）及出口（流出，冷却剂流出）。所述管道提供通道，所述通道具有用于使冷却剂流体流动通过的内表面，其中所述管道包含位于所述内表面的其整个区域上方的连续耐蚀材料层。所述第一材料提供与所述耐蚀材料相比更接近所述ＡＯ介质的比声阻抗的比声阻抗，以及在２５Ｃ下为至少７５Ｗ／ｍ－Ｋ的堆积导热率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有耐蚀的基于流体的冷却布置的声光装置。
技术介绍
声光(AO)技术利用由声应变波在适合材料块(称为AO交互作用介质)中引起的 衍射效应来实现对电磁波的控制。通常，将应变波发射到能够在同一区中支持应变波及光 波两者的适合AO材料中。声应变波赋予AO介质中与电磁波的传播相关的折射率扰动。通 过控制声应变波的波幅，可实现对电磁波的控制。已知AO装置中的热产生由三个主要源引起光吸收、声吸收及转换器处的欧姆发 热。最小化所述热源以维持装置性能及稳定性通常是A0装置设计的目标。光吸收及声吸收两者均在A0介质内产生热且必须使其热传导出所述材料。此传 导过程受A0介质的导热率及周围散热器材料的导热率的限制。一旦选择特定A0介质及声 传播模式，则光吸收及声吸收为固定的。第三热源，欧姆发热，通常通过良好转换器设计来 控制。在典型的A0Q开关装置中，施加到声转换器用以产生足够衍射以使激光振荡停止 所需的射频(RF)功率通常至少约为数十瓦特。在此情况下，空气冷却将不再可行而水冷却 通常成为必须。水冷却既用于移除来自声吸收的热又用于移除来自欧姆发热的热。对声波通过A0 介质之后的声功率的此吸收对A0Q开关的正确操作是至关重要的。如果未完全吸收声功 率，则其一些将被反射，其中其通常将在若干微妙的延迟之后与激光光束第二次相遇，且因 此可第二次引起衍射。此效应并非所期望，且通常导致不可靠效应(“脉冲后”)及缺乏对 激光器的控制。此项技术中已知声吸收器用来在某种程度上减少声反射。在A0介质中，可依靠其固有的声吸收来吸收声能量。此导致在A0介质内产生热， 所述热应在随后被传导出所述A0介质以将任何温度升高限制于可接受水平。如上文所述， 在典型的A0装置中，所述装置中的声功率通常为数十瓦特。如果所有此功率均转换成A0 衬底内的热(且然后通过热传导移除)，则横跨所述A0介质将产生显著温度梯度。已知显 著温度梯度将降级A0装置的特性。因此，通常较佳地改为尝试且将来自A0材料的声能量 抽取到例如声转储器/散热器中，所述声转储器/散热器通过强制空气/传导/水冷却来 冷却。直接在散热器材料中吸收声能量对总结构的热管理可为有利的，这是因为可将散 热器材料的导热率选择为显著高于A0介质的导热率。许多材料可用于此类型的声光交互 作用。对于在lPm左右操作的高功率激光器来说，主要选择通常为晶体石英及熔化硅石。下文使用熔化硅石作为实例来阐述主要设计步骤及考虑事项。为实现AO装置(且特定来说一些A0Q开关)的稳定性能，在操作期间产生的热必 须被抽取且必须将装置温度升高限制为可接受水平。一种极普遍的冷却方法为在不会干预 光束从AO晶体的输入面到其输出面笔直通过的位置中将金属冷却板附接到AO介质。所述 板通常通过使水流动通过形成于冷却板中的密闭通道来冷却。通常，泵维持水的流动。所 选金属板材料的机械、热及声特性对实现最优装置性能为重要的。通常，基于所述特性的组 合选择特定材料。特定来说，材料中冷却相关的关键参数为比声阻抗(ZJ及导热率(K)。如此项技术中已知，如果两种不同材料在平面界面处接合在一起，且声波在其中 的一者中传播以使得其与该界面区相遇，则已知在该界面处反射之声功率量相依于两个层 的声阻抗，zai、za2。如果zai = za2，则一般而言，在此界面处不会存在反射，否则所反射的 声功率比例将相依于比率Zm/ZM。因此，如果特性阻抗Zai的AO交互作用介质接合到具 有特性阻抗Za2的散热器/声转储器材料，则仅在所述两个声阻抗相等时，才会存在直接在 散热器中完全吸收声能量的可能性。应注意，对于特定材料来说，PV，其中P为材料 的密度且V为其声速。因此，即使AO交互作用介质及散热器为不同材料(例如，分别为硅 及铝)，只要每一者中的P与V的乘积几乎相同，则散热器会如所需将最小声功率量反射回 到A0介质中。考虑到冷却板材料的机械、热及声特性经常导致选择铝或类似材料或合金(例 如，铝合金)。包括铝的板的普遍问题是冷却通道中由于铝与水及与可能存在于水系统内的 其它金属的交互作用所致腐蚀(氧化)的袭击。通过改变冷却流体的PH难以停止此腐蚀， 这是因为铝在中性、以及低PH及高pH水溶液两者中具有不同寻常的易受腐蚀的特性。腐蚀的主要影响包含接合处泄漏、将腐蚀产物注射到流体流中、冷却通道的堵塞 及减少操作寿命。所有所述因素可导致系统性能的恶化且可导致Q开关的失效(由于不充 分冷却)或利用同一冷却剂回路的其它组件的失效。已揭示试图最小化腐蚀相关问题的许多“解决方案”。所有已知解决方案均具由至 少一个显著缺点。下文将描述若干常见“解决方案”。A0装置(包含基于A0的Q开关)的惯例为用耐蚀材料金属电镀冷却块，其意图是 在腐蚀敏感的冷却块材料(例如，铝合金)与周围环境之间形成势垒层。例如，可将经阳极 化或非电镀的镍表面涂层施加于铝及其合金。尽管意图是保护冷却通道的内部表面及外部 表面两者免遭与冷却剂流相关联的氧化，但由于电镀过程的性质，外部表面通常被不均勻 地电镀，内部通道表面由于难以使电镀材料沿通道的内侧向下延伸而未被电镀材料完全覆 盖。不能在冷却通道的内部表面中适当地电镀困扰着电解及非电解电镀过程两者。因此， 金属电镀在防止腐蚀方面提供有限的有效性。而且，冷却剂流可导致存在于冷却通道内侧 的势垒材料的磨蚀腐蚀。在此过程中，冷却剂流中的小微粒连续撞击冷却通道的内壁，因此 磨蚀镀层且曝露下面的金属，然后所述金属以甚到更快的速率腐蚀。而且，在经电镀布置中 抽取热的效率不高，这是因为与块状冷却剂材料(例如，铝)相比，结束于冷却块材料的外 侧表面(块的侧面)上且因此在组装后物理接触光介质的耐蚀板材料具有较小K。除A1或A1合金之外的更耐蚀的材料已被使用且已取得众多成功。然而，尽管此 类替代材料已成功地实现更耐蚀的Q开关设计，但限制了总装置性能。出现限制是由于不 同时存在良好的机械、热及声特性。通常，热抽取效率不高，这是因为与大多数替代散热器/声转储器材料(例如，铝)相比，耐蚀电镀材料具有较差特性(更小K)。如果可抽取较 少热，则随后，较少RF驱动功率可施加于装置且损害装置效率(装置效率与电驱动信号强 度成比例)。增加冷却剂流动速率是可能的解决方案但此选项通常不可用。另外，增加冷却剂 流率带来额外的成本，例如，更大且更昂贵的水泵。冷却板通常由固体金属片制成，通过所述金属片钻制流动通道(“沟道”)以形成 将冷却剂从板的一个侧携载到另一个侧的连续通道。在钻制“沟道”过程中，必须钻制深入 所述材料中的孔，随后在表面附近用堵头堵塞所述孔以形成一个或一个以上不泄漏的连续 冷却通道。具有沟道的冷却剂板的显著问题是在这些被堵塞的孔处由于粗劣的密封或由于 局部腐蚀所致的冷却剂泄漏。所需的是用于AO装置的耐蚀流体冷却布置，其提供高导热率及接近AO介质的声 阻抗值的声阻抗。另外，此类布置应为相对低成本的布置。
技术实现思路
一种耐蚀流体冷却声光(AO)装置包含AO交互作用介质及附加到所述AO介质的 压电转换器。冷却布置热耦合到所述A0介质且包含第一材料及至少一个冷却管道，所述至 少一个冷却管道在所述第一材料内热接触、由第二不同材料形成且具有耦合到其的入口及 出口。所述管道提供通道，其具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐蚀流体冷却式声光（ＡＯ）装置，其包括：ＡＯ交互作用介质及附加到所述ＡＯ介质的压电转换器，及冷却布置，其热耦合到所述ＡＯ介质，所述冷却布置包括第一材料及至少一个冷却管道，所述至少一个冷却管道热接触所述第一材料、由第二不同材料形成且具有耦合到其的入口及出口，所述管道提供通道，所述通道具有用于使冷却剂流体流动通过的内表面，其中所述管道包含位于所述内表面的其整个区域上方的连续耐蚀材料层，其中所述第一材料提供与所述耐蚀材料相比更接近所述ＡＯ介质的比声阻抗的比声阻抗，以及在２５Ｃ下为至少７５Ｗ／ｍ.Ｋ的堆积导热率。

【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：迈克尔德雷珀，
申请(专利权)人：古奇及豪斯格公共有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]