一種光關斷能力強的電光開關的製作方法

2023-10-08 01:33:44 1

專利名稱：一種光關斷能力強的電光開關的製作方法
技術領域：
本發明涉及光電子領域，特別涉及一種橫向應用的由單塊或多塊電光晶體組成的
電光Q開關。
背景技術：
電光調Q技術是利用在電光晶體上施加電壓而改變晶體的折射率，使達到改變光 的偏振態，與起偏器一起使用可實現光開關的作用。利用電光調Q技術的脈衝雷射，峰值功 率高，脈寬窄。所以，電光開關是脈衝雷射器中的一個非常重要的器件。 電光開關在使用中有個常見的現象就是對光"關不斷"，所謂"關不斷"就是在開關 關門時不能完全的關斷光，總有一小部分光漏出腔外，使儲存在雷射介質中的能量會在開 關打開之前被消耗掉，因此造成了脈衝光輸出功率的降低。 造成"關不斷"現象有幾個原因入射光束沒有嚴格的垂直晶體通光面入射；入射 光束有一定的發散角，因此相當於有一部分光束不是垂直晶體通光面入射；電光晶體本身 的生長應力造成其內部質量不均勻；晶體上的安裝應力引起晶體折射率主軸和折射率大小 的變化，從而引入附加的相位延遲；外加電場的不均勻引起晶體折射率改變不均勻。以上原 因，前兩個是可以通過細緻調節雷射光路時改善；第三個是晶體本身的質量原因；而後最 後兩個是可以通過開關內部結構設計改善的，也是我們設計開關時最應該關注的。
電光開關設計的難點在於使電極與晶體表面接觸緊密而又不會使晶體產生較大 的應力。所以，晶體與外接電極的連接方式是設計考慮的重點因素之一。
通常的電極連接方式有粘結、焊接或直接壓固。 所謂粘結方式就是直接用可導電的有機粘合劑把電極與晶體粘連起來，這種電光 開關的結構簡單，但是粘結劑在閃光燈或雷射照射下極易老化，而且粘結劑的揮發會對器 件造成汙染，從而降低了光學元件的雷射抗損傷閾值。 焊接是指直接把電極和晶體Y面焊接在一起。由於焊接時的溫度較高，焊接過程 中會損壞晶體，而且也不易使晶體和電極接觸均勻。還可能出現因環境溫度劇烈變化或振 動造成的"斷路"現象。 附圖1是採用直接壓固方式連接的電光開關的示意圖，展示了一般電光開關電極 的連接方式。圖中101為電光晶體，102為銦箔，103為有彈性導電層，104為金屬導電層， 105為金屬電極，106為金屬導電層與金屬電極的接觸受力面。在封裝晶體時，為了使金屬 電極與晶體側面電接觸良好，必須在有彈性導電層，如導電橡膠上加一定的壓力，使導電橡 膠發生形變，充分接觸晶體側面，然後固定電極。這種直接壓固方式基本無法控制裝配時在 晶體上產生的應力。壓輕了接觸不均勻，不充分。壓重了會使晶體產生應力並且有壓碎晶體 的可能。另外，有彈性導電層也可能隨著使用時間長而老化，其彈性和導電性能均會降低， 導致無法保證晶體與彈性導電層長期良好的電接觸。 電光晶體上外加電場均勻性問題也是電光開關設計要考慮的因素之一，好的電場 均勻性也可以改善開關對光的關斷能力。

發明內容
本發明的目的是這樣實現的一種光關斷能力強的電光Q開關，所述電光Q開關包 括一圓筒形絕緣殼體，殼體的中心有一長方形通孔開槽，開槽正中間放置一塊或多塊串接 的橫向應用電光晶體，晶體一對通光面上鍍有光學增透膜；晶體的一對側面鍍有金屬導電 層，在金屬導電層外貼有銦箔，銦箔外緊貼內部金屬電極，他們都放置在絕緣殼體的開槽中 固定；所述內部金屬電極的高度都高於晶體側面兩端高度一部分，探出部分的高度大於或 等於晶體側面上整個金屬導電層高度的1/4 ;內部金屬電極高於晶體側面部分處可填充導 熱且絕緣的彈性有機材料，確保了電極間的絕緣；所述內部金屬電極上部開有外接金屬電 極孔，以便內，外接電極間的電連接，外接電極可垂直旋入或插入內部電極上方的孔固定； 所述絕緣外殼兩端面各安裝一片光學窗口片，所述光學窗口片由圓形中空端蓋壓固。
本發明專利有以下優點在電極的連接方式上，採用內、外金屬電極分段式連接， 晶體側面使用質地柔軟、導電性能良好的銦箔和內部金屬電極貼緊，外加金屬電極從垂直 於內部金屬電極的外接電極孔擰入且壓緊內部金屬電極並固定。這樣既保證了電光晶體與 整個導電層間的緊密電接觸，又因為電極壓固方向垂直於晶體且不在晶體上，沒有給晶體 產生安裝應力從而不會產生附加相位延遲；在外加電場均勻性上，因為內部金屬電極寬於 晶體整個側面，所以加電場後晶體相對處於電場的中間，不會受到電極邊緣電場有時有可 能不穩定的影響而導致對晶體內通過線偏光偏轉不充分而漏出的問題；內部金屬電極高於 晶體部分處可填充導熱並且絕緣的彈性材料，如導熱絕緣矽膠、橡膠或其他有機材料，不僅 可以保證電極間的充分絕緣，而且更好的導出晶體工作時的熱量，還可以進一步減少銦箔 和內部電極緊貼晶體時的少許應力。 本發明提出的電極連接方式及改善外加電場均勻性適用於各種橫向應用方式的 電光開關。 下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。


圖1為採用直接壓固方式連接的電光開關示意圖。
圖2為本發明電光開關單晶體結構中段剖面圖。 圖3為本發明電光開關單晶體或雙晶體光膠或膠合或鍵合的內部安裝3D示意圖。
圖4為本發明電光開關雙直接固定晶體結構中段剖面圖。
圖5為本發明電光開關雙直接固定晶體內部安裝3D示意圖。
圖的描述 圖1中101.電光晶體 102.銦箔 103.有彈性導電層 104.金屬導電層 105.金屬電極 106.金 屬導電層與金屬電極的接觸受力面 圖2中201.絕緣殼體202.電光晶體203.金屬導電層 204.銦箔205.內 部金屬電極206.導 熱並且絕緣的彈性材料207.外接金屬電極孔 圖3中301.單晶體或光膠或膠合或鍵合晶體302.金屬導電層303.銦箔304.內部金屬電極305. 外接金屬電極306.內部金屬電極與外接金屬電極的接觸受力面 圖4中401.絕緣殼體402.雙直接固定電光晶體403.金屬導電層404.銦
箔405.內部金屬電 極406.導熱並且絕緣的彈性材料407.外接金屬電極孔 圖5中501.雙直接固定電光晶體502.金屬導電層 503.銦箔504.內部金
屬電極505.外接金 屬電極506.內部金屬電極與外接金屬電極的接觸受力面
具體實施例方式
例1本發明電光開關用於單晶體或雙晶體光膠或膠合或鍵合的封裝實施方式1 參見附圖2和圖3。圖中電光開關包括一圓筒形絕緣殼體201 ;殼體中心有個長方形的開 槽，槽中間放置電光晶體202，晶體可以為BBO或LiNb03或LiTa03或RTA或RTP或KTP或 LGS等，它們可以是單晶體或雙晶體光膠或膠合或鍵合；在晶體的一對側面鍍有金屬導電 層203 ;所述金屬導電層外貼有與其長度相同或略短的銦箔204 ;所述銦箔外緊貼著內部金 屬電極205，電極長度與銦箔一致，高度都高於晶體側面兩端高度一部分，探出部分的高度 等於晶體側面上整個金屬導電層高度的1/4 ;所述的電光晶體，銦箔及內部金屬電極都固 定在絕緣殼體中間的開槽中；所述內部金屬電極高於晶體側面部分處可填充導熱且絕緣的 彈性有機材料206，如導熱絕緣矽膠、橡膠或其他有機材料，不僅保證了電極間的充分絕緣， 而且更好的導出晶體工作時的熱量，還可以進一步減少銦箔和內部電極緊貼晶體時的少許 應力；外接金屬電極通過外接金屬電極孔207插入或旋入開關外殼201 ，最終擰緊在內部金 屬電極205上並與其達到緊密的電接觸。開關的兩端可根據實際需要加裝光學窗口片及端 蓋，不過端蓋和光學窗口片的構造及連接為現有技術，此處不再贅述。 例2本發明電光開關用於雙直接固定晶體的封裝實施方式2參見附圖4和5。圖 中電光開關包括一圓筒形絕緣殼體401 ;殼體中心有個長方形的開槽，槽中間放置雙直接 固定電光晶體402，它們串接排列，雙晶體可以為BBO或LiNb03或LiTa03或RTA或RTP或 KTP或LGS等；在晶體的一對側面鍍有金屬導電層403 ;所述金屬導電層403外貼有與其長 度相同或略短的銦箔404 ;所述銦箔404外緊貼著內部金屬電極405，電極長度與銦箔一致， 高度都高於晶體側面兩端高度一部分，探出部分的高度等於晶體側面上整個金屬導電層高 度的1/2 ;所述的電光晶體，銦箔及內部金屬電極都固定在絕緣殼體中間的開槽中；所述內 部金屬電極高於晶體側面部分處可填充導熱且絕緣的彈性有機材料406，如導熱絕緣矽膠、 橡膠或其他有機材料，不僅保證了電極間的充分絕緣，而且更好的導出晶體工作時的熱量， 還可以進一步減少銦箔和內部電極緊貼晶體時的少許應力；外接金屬電極通過外接金屬電 極孔407插入或旋入開關外殼401 ，最終擰緊在內部金屬電極405上並與其達到緊密的電接 觸。開關的兩端可根據實際需要加裝光學窗口片及端蓋，不過端蓋和光學窗口片的構造及 連接為現有技術，此處不再贅述。
權利要求
一種光關斷能力強的電光開關，包括絕緣殼體(201)，電光晶體(202)，在晶體一對側面鍍有金屬導電層(203)，金屬導電層外貼有銦箔(204)；銦箔外緊貼內部金屬電極(205)，內部金屬電極高度都高於晶體側面兩端高度一部分，探出部分的高度大於或等於晶體側面上整個金屬導電層高度的1/10到2倍之間的距離，部金屬電極高於晶體側面部分處可填充導熱且絕緣的彈性有機材料(206)，內部金屬電極上部有外接金屬電極孔(207)。
2. 如權利l所述的電光開關，其特徵在於所述的電光晶體(202)為Z切橫向應用方 式並在一對通光面上鍍有光學增透膜。
3. 如權利1所述的電光開關，其特徵在於所述的電光晶體(202)可為單塊晶體或多 塊晶體通過膠合，光膠，鍵合或直接固定等方法串接。
4. 如權利1或2或3所述的電光開關，其特徵在於所述的電光晶體(202)為BBO或 LiNb03或LiTa03或RTA或RTP或KTP或LGS等橫向應用的電光晶體。
5. 如權利1所述的電光開關，其特徵在於內部金屬電極(205)探出晶體側面端的高 度大於或等於晶體側面上整個金屬導電層(203)高度的1/4。
6. 如權利1所述的電光開關，其特徵在於內部金屬電極高於晶體部分處可填充導熱 並且絕緣的彈性材料(206)，如導熱絕緣矽膠、橡膠或其他有機材料。
7. 如權利1所述的電光開關，其特徵在於外接電極孔(207)在所述內部金屬電極的 上方，開口方向垂直於晶體受力方向。
全文摘要
一種光關斷能力強的電光開關，包括絕緣殼體(201)，電光晶體(202)，在晶體一對側面鍍有金屬導電層(203)，所述金屬導電層外貼有銦箔(204)；所述銦箔外緊貼內部金屬電極(205)；所述內部金屬電極高度都高於晶體側面兩端高度一部分，探出部分的高度大於或等於晶體側面上整個金屬導電層高度的1/10到2倍之間的距離；所述內部金屬電極高於晶體側面部分處可填充導熱且絕緣的彈性有機材料(206)；所述內部金屬電極上部有外接金屬電極孔(207)。本電光開關結構設計可使外接電極與晶體保證長時間緊密電接觸，大大減小了安裝應力對晶體造成損壞或斷裂的可能和附加的相位延遲，以及具有良好的外加電場均勻性，使電光開關的關斷能力得到了很大的增強，從而也提高了所工作雷射器的輸出性能。
文檔編號G02F1/01GK101750760SQ20081007238
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月17日 優先權日2008年12月17日
發明者吳少凡, 莊松巖, 江楓, 鄭熠 申請人:福建福晶科技股份有限公司