用于声光装置的耐蚀流体冷却布置的制作方法

专利名称：用于声光装置的耐蚀流体冷却布置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有耐蚀的基于流体的冷却布置的声光装置。
背景技术：
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。

发明内容
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A0介质的比声阻抗的声阻抗，及在25C下为至少75W/m-K的堆积导热率。在一个实施例中，所述冷却布置安置于所述A0介质的两侧上。在本发明的实施例 中，所述第一材料与所述A0介质之间的比声阻抗在50 %以内。在一个实施例中，所述耐蚀 材料可包括不锈钢且所述第一材料可包括铝或铝合金。薄金属氧化物层(在一个实施例中，通常10到30A的铝氧化物)通常存在于所述 第一材料的表面上。此类氧化物不存在于经电镀布置中。所述耐蚀层可包括整个管道且其 厚度介于0. 1mm到1mm之间。在一个实施例中，所述冷却管道为由所述第一材料围绕且与所述第一材料物理接 触的整体管道，所述冷却管道的末端处除外。在另一实施例中，所述管道小于所述冷却布置 的总质量的10%。在一个实施例中，所述冷却布置包括在所述A0介质的至少一个侧上与所述A0介 质接触的一层第一材料，及在所述第一材料层上其中形成有通道的至少一者的一层第二材 料，其中所述第二材料包括所述耐蚀材料。在此实施例中，所述冷却布置可包括在所述A0 介质的相对侧上具有第一及第二层的夹层布置。在又一实施例中，所述冷却布置包括具有 至少一个所形成通道接纳区的所述第一材料的物件，其中所述通道完全由所述耐蚀材料形 成，且本文中所述通道受压而与所述通道接纳区接触以实现所述通道与所述物件之间的热 接触。所述A0装置可包括Q开关、调制器、移频器、声光可调谐滤波器(A0TF)或偏转器。 在所述Q开关实施例中，系统可包括Q开关激光器，其进一步包括共振腔，所述共振腔包含 随着所述腔的高反射后反射镜及部分反射输出耦合器以及固态激光器，其中所述Q开关在所述腔内。


在审阅以下详细说明连同附图之后，将获得对本发明及其特征及益处的更全面理 解，于所述附图中图1为根据本发明实施例的耐蚀流体冷却声光(AO)装置的横截面视图。图2显示使用“内浇铸”方法形成的根据本发明实施例的冷却剂部件。图3显示根据本发明另一实施例的包括由夹层冷却布置围绕的AO介质的AO装置 的一部分。图4显示根据本发明又一实施例的冷却剂部件，本文中称为压入管构造。图5显示根据本发明实施例的脉冲式A0Q开关式激光器系统的表示。图6是与标准铝冷却装置、塑料冷却装置及不锈钢冷却装置相比较针对根据本发 明的内浇铸冷却装置随时间而变获得的Q开关式系统中的激光器功率输出资料。激光器性 能(以功率计)恢复的速率是对冷却有效性的测量。
具体实施例方式参考附图描述本发明，其中在所述图中相同参考编号用来指代类似或对等元件。 所述图并非按比例绘制且提供所述图仅是用于图解说明实例发明。下文参考用于图解说明 的实例性应用描述本发明的若干方面。应理解，阐述众多具体细节、关系及方法以提供对本 发明的全面理解。然而，所属领域的技术人员可认识到可在无所述具体细节中的一者或多 者的情况下实施本发明或借助其它方法实施本发明。在其它实例中，未详细显示众所周知 的结构或操作以避免使本发明不明确。本发明并非受限于所图解说明的动作或事件的次 序，因为一些动作可按不同次序发生及/或可与其它动作或事件同时发生。此外，并非需要 所有所图解说明的动作或事件来实施根据本发明的方法。参考图1，耐蚀流体冷却声光(AO)装置100包括AO交互作用介质110及附加到所 述A0介质的压电转换器115。其还显示冷却布置111及112，其热耦合、或热耦合并声耦合 到A0介质110的相对侧。尽管显示于A0介质的相对侧上，但在一些通常较低功率应用中， 仅在A0介质110的一个侧上的单个冷却布置便可提供充分冷却。冷却布置111及112各自包括第一材料132，其发挥散热器及声匹配材料两者的 功能；及至少一个冷却管道117，其与所述第一材料热接触、由第二不同材料形成且具有耦 合到其的入口 118及出口 119。管道117提供通道，其具有用于使冷却剂流体流动通过的内 表面122。至少冷却管道117的内表面122由耐蚀材料形成。所述耐蚀材料在内管道表面 的整个区域上方提供连续层。在一个实施例中，大致整个冷却管道117由耐蚀材料形成。第 一材料132包括A0介质匹配材料，其与A0介质110热接触、或热接触并声接触。所述A0装 置可包括各种A0装置，包含Q开关、调制器、移频器、声光可调谐滤波器(A0TF)或偏转器。用于第一材料132的材料通常在其提供高导热率(K )及与A0介质110的声阻抗 的良好声阻抗匹配两者时表现最优。第一材料132在其散热器功能中提供在25C下大于等 于50W/m K的堆积导热率，例如大于等于100W/m K，或在另一实施例中大于等于150W/ m -K0所述第一材料在其匹配材料功能中还提供与耐蚀材料122相比更接近A0介质110的比声阻抗的比声阻抗。如此项技术中已知，声阻抗通常具有不同剪切(S)值及纵向(L)值。 而且，在声波以任何非法向方向入射在AO介质与散热第一材料132的边界处的情况下，最 可能的结果是一些声能量将向外耦合(作为S及L模式)且一些声能量将作为S及L两种 模式又保持在材料内。即使在入射波为单纯S(或单纯L)时此也适合。在所述边界处的数 次反射之后，在AO介质内很可能存在将需要向外耦合到散热器中的S与L模式的混合。对 于至少一者，且通常对于相应S及L声阻抗两者，第一材料132与AO介质110之间的比声 阻抗匹配通常在50%之内，例如在40%之内或在30%之内。本文中所使用的百分比是参考 较高值测量的。例如，如果相应声阻抗值为13xl06及18xl06，则相差程度为5/18 = 28%。导热率K及声阻抗匹配可融合为第一材料132/A0介质110组合的优良指数 (M*)。M*可定义为导热率与平均(对于S及L模式)相对声阻抗的比率。所述相对声阻抗 定义为当散热器阻抗大于AO衬底阻抗时，散热第一材料132的声阻抗与特定AO材料的声 阻抗的比率。对于A0介质110的声阻抗大于第一材料132的声阻抗的情况，所述相对声阻 抗为反比率，以使得此比率在用于产生M*时应从不小于1.0。在一个实施例中，例如当K =100W/m*K且平均声阻抗比率为小于等于1.5时，M*大于等于67W/m*K。在另一实施例 中，M* 大于 200W/m K。铝(及其合金)可基于以下条件用作用于本发明实施例的第一材料132 其相对 于其它金属的低成本、其接近常用光学介质(例如，石英)的声阻抗的声阻抗、及其在25C 下大约216W/m-K的相对高堆积导热率。铝具有比不锈钢321及不锈钢410高不止一个量 级的导热率。铝合金以及包含铜、锌及黄铜的其它相对低的相对成本材料也可用作第一材 料132，所述材料提供接近A0装置中通常使用的A0介质(例如，石英)的声阻抗的声阻抗， 及在25C下至少100W/m K的堆积导热率。在铝及熔化硅石的情况下，所提供的声阻抗匹 配为对于纵向波来说约为1. 3且对于剪切波来说约为1. 01。值1. 01是基于公开文献中 引用的声速值及密度值。所属领域的技术人员将了解，此比率将相依于(特定来说)意欲 具有粒状结构的散热器材料中的一系列参数，例如密度及速率的变化。尽管相对于石英A0介质进行描述，但本发明可用于其它A0材料。例如，通常也可 使用三硫化二砷、二氧化碲及亚碲酸盐玻璃、硅酸铅、Ge55As12S33、氯化汞(I)、溴化铅(II)。用于冷却管道117的内表面122的各种耐蚀材料可用于本发明。如本文中所定 义，耐蚀材料是当经由在25C下具有pH 7的水电解质耦合到元素铜时比元素铝更耐蚀的材 料。本发明的实施例中所用的耐蚀类材料是不锈钢，其在本文中定义为具有最小10. 5%铬 含量的铁碳合金。通常通过添加最小13% (按重量计)的铬实现在周围温度在空气中的 高抗氧化，且高达26%的铬用于苛刻的环境。已知铬用于在暴露于氧的条件下形成氧化铬 (III) (Cr203)钝化层。可用于本发明的其它耐蚀材料包含锌、镍及锰，及包含某些陶瓷及聚 合物的非金属。在一些情况下，由铜或铜合金制成的冷却管材料可为适合的，这是因为此将 是与主要包括铜及铜合金的冷却系统的适合匹配。在低导热率耐蚀材料的情况下，耐蚀材 料的厚度通常尽可能多的减少以促进热传递到匹配材料。在本发明的实施例中，A0装置包含铝(或铝合金)散热器构造以实现低成本及提 高不期望声能量的转储。耐蚀材料(例如不锈钢)的嵌入式管允许对A0介质的水冷却且 提供不可通过使用切割到铝或铝合金块中的通道提供的不受腐蚀。因此，本发明的实施例组合用于A0装置的拥有所需机械、热及声特性的材料(例如，铝或铝合金)的最好相关特性与不同于第一材料的第二材料的最好特性(耐蚀)。特定 来说，冷却板材料的导热率尽可能高，且声阻抗应尽可能接近AO介质的声阻抗值。下文将描述此方法的三个不同实例性实施例。在下文所述的实施例中，冷却布置 111、112通常在本文中称为板，其是利用制作其的材料中的每一者的最好相关特性的复合 结构。尽管通常称为板，但根据本发明的冷却布置可呈除板状形状外的各种形状，例如L形 截面、U形截面或利用下文所述的内浇铸过程的大致更复杂形状。图2显示使用“内浇铸”方法形成的根据本发明一个实施例的冷却剂板200。为形 成此布置，可购得至少一个冷却通道205或可以其它方式将其预形成为薄壁、耐蚀管，例如 其厚度范围介于0. 1mm到1mm。将适合材料浇铸在含有一个或一个以上预形成耐蚀管205 的模具(未显示)中来形成冷却板200。此为“内浇铸”过程，其中管205终止于浇铸材料 215内。所述管可包含组成区211及212，其在浇铸材料215外侧延伸以提供便捷的入口及 出口。预形成管205的形状可经最优化以实现最终冷却通道的所需布局。防止在模制过程 期间浇铸材料(例如，金属，举例来说A1)进入预形成管的内侧。冷却之后，可从模具移除 铸件。现在预形成管205提供穿过铸件的冷却通道。由于冷却管205通常仅是散热器总质 量的较小比例，例如小于总质量的10% (所述散热器的大多数质量由声学更有利的材料构 成，例如铝合金)，因此散热器/声转储器也可从与其热接触的交互作用介质或其它光学介 质有效地吸收声能量。如以上所述，可使冷却管的小截面211及212从铸件215突出，以便可连接到冷却 剂源而不使冷却剂接触铸件。在典型的基于AO装置的最终设计中，冷却板以常规方式通过 使用热及声传导粘合剂层附接到AO交互作用介质(硅或石英)。所属领域的技术人员非常 了解用于所述层的此类材料。在一个实施例中，预形成管205可由不锈钢制成且所述浇铸材料可基于铝或铝合 金。已完成的冷却板200类似于具有“带”不锈钢“套”的水通道的铝冷却板一样操作。除 产生具有两种个别材料的优点的解决方案之外，使用内浇铸技术的另一显著优点是具有整 体(单件)管的冷却板不可能在“通道”板中发生泄漏，而在上述经机加工的水通道的情形 下可发生泄漏。在本发明的此实施例中，由于管材料(例如，不锈钢管；高熔点)与散热器/声匹 配材料(例如，铝或铝合金；低相对熔点)之间熔化温度的显著差别，因此可进行浇铸。在 完成浇铸之后，可应用后机加工以使所述铸件形成所需的形状且可钻制适合安装孔并在其 中攻出螺纹。图3显示根据本发明实施例的包括由夹层冷却布置围绕的AO介质301的AO装置 300的一部分。A0介质具有结合到其的转换器315。如上文所述，A0装置可以为Q开关、调 制器、移频器、可调谐滤波器(例如，A0TF)、偏移器或任何需要热管理的其它类型的A0装 置。夹层冷却布置包括夹持A0介质301的多个层。在A0介质301的两侧上是声阻抗匹配 材料层302 (例如，铝或铝合金)，其也与包含至少一个冷却管道的冷却板303热接触。板 303的冷却管道由耐蚀材料制成，其中以此一方式在所述板中机加工冷却通道使得其形成 密闭通道，其中入口及出口点供冷却从自图3中所示的冷却剂进口流到冷却剂出口。图中所显示的是从两侧冷却的实例性A0装置部分300。然而，当不需要最大冷却 能力时，可从一个侧冷却所述装置。每一层的厚度及相应层之间的结合可经设定以产生最好的总热性能。AO装置与冷却板之间的结合层可由所属领域的技术人员已知的热传导与声 传导介质形成。与AO介质301接触的声阻抗匹配层302的厚度通常为适合将大部分声能 量转换为热能量的厚度。另外，所述层的厚度通常应足够产生低的横向热阻。此允许在局 部产生的热向边侧扩散，从而改进到水冷却组件中的传导。热扩散的概念为熟悉经受热负 载的物理装置的热管理技术人员所熟知。热扩散增加用于移除热的有效横截面面积。此在 将热从材料(例如用于附接到AO介质301的声阻抗匹配层302中的铝)传递到材料(例 如以耐蚀水冷却元件303的形式使用的不锈钢)时可为显著的。用于热传导的大的横截面 面积缓和不良导热率。在本发明的某些实施例中，冷却剂板303及声阻抗匹配(例如，铝) 板302附接到熔化硅石AO交互作用介质301，其中外冷却板303由不锈钢制成且具有经机 加工(或经由模具或其它适合过程形成)的一个或多个冷却剂通道。图4显示称为压入管构造的根据本发明一个实施例的冷却剂板400。此实施例在 光学介质匹配材料(例如，铝或其它适合材料)板401的一个侧上机加工或以其它方式形 成(例如，模制)通道且然后将耐蚀管402压入所述通道中以实现管与铝之间的热接触。冷 却板的相对面是连续表面，所述相对面与光学元件接触以实现对装置的冷却。图5显示根据本发明实施例的脉冲式AO q开关控制的激光器系统500的表示。 所示脉冲式激光器500是基于线性共振器腔设计且包括高反射后反射镜501、部分反射输 出耦合器502、固态激光器520及包括有源AO Q开关504的开关，有源AO Q开关504包括 具有结合到其的转换器511的A0介质及耦合到所述转换器的RF驱动机516及任选的可 饱和吸收器512。尽管图5中未显示，但Q开关504包含根据本发明的冷却布置，例如一 对图2中所示的内浇铸冷却剂板200，其在A0介质509的两侧上沿纸的Z轴定向。在RF 驱动机516接通时，偏转光束538导致低Q情形。当RF驱动机516关断时，Q开关返回到 高Q情形，此允许激光器520提供脉冲式高功率激光器输出532，例如具有傅立叶变换限制 (Fourier-Transform-Limited)脉冲包络的平滑脉冲。根据本发明的冷却板技术赋予在冷却通道中具有极高耐蚀的优点，此在其它冷却 板布置中尚不能实现。本发明广义上来说通常适合于使用声能量且需要热管理的装置。例 如，除AO Q开关之外，本发明还可使其它基于A0的装置获益，包含调制器、移频器、可调谐 滤波器(例如，A0TF)及偏转器。本发明还可用于使声装置获益，更一般来说，特别是那些 得益于提高的冷却的装置。尽管未显示，但根据本发明的冷却布置通常耦合到泵、热交换器 及/或冷冻器以形成完整的冷却系统。所执行的测试已表明通过所述方法制作的装置实现(或超过)使用铝冷却板的 现有装置的性能级别，如下文实例中所呈现的资料所证明。^M应理解，提供下文所述的实例仅用于说明性目的且并非以任何方式界定本发明的 范围。曾设想出一种机构内部方法来确定各种Q开关冷却方案的功效，包含类似于图2 中所示装置的根据本发明实施例的内浇铸冷却布置。在图6中显示结果且在下文进行描 述。通用方法当RF功率接通时，加热Q开关。此加热与冷却回路的操作一起导致数分钟(例如，约5分钟)之后的稳定状态情形。在此情形中，在Q开关最优地对准且施加CWRF时，不存 在来自激光器的输出功率，因此无法进行对激光器性能的测量。当切断RF功率时，可测量 激光器输出CW功率。另外，在RF关断时，Q开关在冷却回路的影响下冷却。在此状态中， 可进行功率对时间的测量以确定对激光器性能的影响。100W的RF功率是通常用于标准Q 开关装置的最大功率且是用在所执行的测试中的标准功率。发现此方法与客户调查结果密 切相关。对用于本文报告的测试的冷却装置的描述1.参考装置使用标准基于铝的装置作为参考。所述装置具有经钻制的冷却沟道，其中日堵头 堵塞不期望的孔。镀层为无电镀镍(EN)且已知所述装置有腐蚀性，因为在冷却镗孔中缺少 EN覆层且由于冷却剂流中的微粒所致的涂层的可能磨蚀。2.不锈钢装置不锈钢装置与参考装置具有相同形式，但其完全由不锈钢制成。最终表面精处理 是“酸洗及钝化”。这些装置不遭受腐蚀，但在激光器系统中表现不佳且另外在3堵头处遭 受泄漏。3.塑料保护装置此装置与上文所述的标准铝装置相同，除了在水携载镗孔的内部上具有塑料薄层 (< 50um)外。在真空中施加所述塑料层。4.根据本发明实施例的内浇铸装置此装置实体上看起来与参考装置类似。然而，标准外壳的冷却段由两个经由根据 本发明的内浇铸过程制作的冷却板代替。所述装置具有与上文列出的其它装置相同的形式 因数，唯一不同的是冷却剂通过内浇铸于冷却段中的不锈钢通道。测试方法1.将Q开关插入激光腔中(激光功率设定为额定100瓦特)。打开水冷却，关断 RF。2.接通RF且对准Q开关以实现最优Q开关控制性能。此确保所测试的每一 Q开 关定位在激光中，如其在客户应用中一样。3.切断RF以允许Q开关冷却2分钟。4.将激光功率调节为100W。此将为参考功率(Pref)。5.接通RF功率。由于Q开关的作用，激光器将处于停止状态(无输出功率)。使 激光器保持在此情形5分钟。6.切断到Q开关的RF。7.监视激光器CW功率输出并每隔5秒钟进行记录，直到近似1分钟的总消逝时间 (或如果激光器还未恢复到全功率则为更长时间)。8.绘制比率(所测量的激光器功率/参考功率)对时间的曲线图。9.比较所测试的包含根据本发明实施例的内浇铸装置的四种装置的性能。关于结果的论述现在参考图6，首先阐述到Q开关的RF功率致使Q开关光学元件热变形，从而导致 激光器输出功率的减少。切断RF功率，所述Q开关通过冷却回路冷却且相关联损失消失。当RF接通一段时间时，在Q开关中建立温度梯度，其降低激光器的性能，从而导致更低功率 输出。当RF切断时，激光器突然处于CW模式且可相对时间测量激光器输出。在图6中显 示激光器性能的恢复速率是对冷却的有效程度的测量，在0时间处(Q开关处于最热)，对于 根据本发明的内浇铸冷却装置及标准铝装置来说激光器性能最好。从恢复时间点来看，所 述内浇铸及标准铝装置表现极类似。然而，如上文所述，包括铝的冷却装置的常见问题是冷 却通道中由铝与水及与可能存在于水系统中的其它金属的交互作用所致的腐蚀(氧化)的 袭击。发现不锈钢及使用塑料材料来实现耐蚀的装置均表现不佳。
应了解，尽管已结合本发明的具体实施例描述了本发明，但前述说明及随后的实 例旨在说明而并非限制本发明的范围。与本发明相关的所属领域的技术人员将明了本发明 范围内的其它方面、优点及修改。
权利要求
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。
2.如权利要求1所述的AO装置，其中所述冷却布置安置于所述AO介质的相对侧上。
3.如权利要求1所述的AO装置，其中所述第一材料与所述AO介质之间的比声阻抗在 50%以内。
4.如权利要求1所述的AO装置，其中所述耐蚀材料包括不锈钢且所述第一材料包括铝或铝合金。
5.如权利要求1所述的AO装置，其进一步包括所述第一材料与所述耐蚀材料之间的薄氧化物层。
6.如权利要求1所述的AO装置，其中所述耐蚀层的厚度为至少0.Imm厚。
7.如权利要求1所述的AO装置，其中所述冷却管道为由所述第一材料围绕且与所述第 一材料物理接触的整体管道，所述冷却管道的末端处除外。
8.如权利要求1所述的AO装置，其中所述管道小于所述冷却布置的总质量的10%。
9.如权利要求1所述的AO装置，其中所述管道完全由所述耐蚀材料形成。
10.如权利要求1所述的AO装置，其中所述冷却布置包括在所述AO介质的至少一个侧 上与所述AO介质接触的一层所述第一材料，及在所述层的第一材料上其中形成有所述通 道中的至少一者的一层所述第二材料，其中所述第二材料包括所述耐蚀材料。
11.如权利要求10所述的AO装置，其中所述冷却布置包括在所述AO介质的相对侧上 的具有所述第一及所述第二层的夹层布置。
12.如权利要求1所述的AO装置，其中所述冷却布置包括具有至少一个所形成通道接 纳区的所述第一材料的物件，所述通道完全由所述耐蚀材料形成，其中所述通道受压而与 所述通道接纳区接触以实现所述通道与所述物件之间的热接触。
13.如权利要求1所述的AO装置，其中所述装置包括Q开关、调制器、移频器、声光可调 谐滤波器(AOTF)或偏转器。
14.如权利要求13所述的AO装置，其中所述AO装置包括所述Q开关且所述系统包括 Q开关激光器，所述Q开关激光器进一步包括共振腔，所述共振腔包含随着所述腔的高反射 后反射镜及部分反射输出耦合器以及固态激光器，其中所述Q开关在所述腔内。
15.一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，其中所述管道完全由所述耐蚀材料形成，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、在25C下为至少75W/m*K的堆积导热率，且所述第 一材料与所述AO介质之间的比声阻抗匹配在+/-50%的范围内。
16.如权利要求15所述的AO装置，其中所述管道小于所述冷却布置的总质量的10%。
17.如权利要求15所述的AO装置，其中所述耐蚀材料包括不锈钢且所述第一材料包括 铝或铝合金。
18.如权利要求15所述的AO装置，其中所述冷却布置安置于所述AO介质的相对侧上。
19.一种对声光(AO)装置进行冷却的方法，所述声光(AO)装置包括AO交互作用介质 及附加到所述AO介质的压电转换器，所述方法包括将冷却布置热耦合到所述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，及在25C下为至少75W/m ·Κ 的堆积导热率，及在所述装置的操作期间使冷却剂流动通过所述通道。
20.如权利要求19所述的方法，其中将所述冷却布置安置于所述AO介质的相对侧上。 全文摘要
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。
文档编号G02F1/11GK101896864SQ200880120909
公开日2010年11月24日 申请日期2008年11月12日 优先权日2007年11月12日
发明者迈克尔·德雷珀 申请人:古奇及豪斯格公共有限公司