[实用新型]一种新型散热装置的声光器件

说明书

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。) 2 M 2 Lpa H ]]>）

喇曼一奈斯型衍射效率 η_m＝J²_m（ (π)/(λ_。)）

式中：λ_o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，P_a为超声功率，J_m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（pbM_OO₄）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。

本实用新型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。