DE102021129657A1

DE102021129657A1 - Verfahren zur Temperierung eines Bauteils sowie dazu ausgebildete Anordnung

Info

Publication number: DE102021129657A1
Application number: DE102021129657.9A
Authority: DE
Inventors: Juri Munk; Heinrich Faidel; Hans Huber; Witalij Wirz
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2021-11-15
Filing date: 2021-11-15
Publication date: 2023-05-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Anordnungen zur Temperierung eines Bauteils, insbesondere einer optischen Komponente. In einer Ausgestaltung ist hierbei die Wärmesenke durch einen Grundkörper mit einer Übergangsstruktur zum Bauteil aus mehreren Segmenten gebildet, die jeweils eine Anbindungsfläche an das Bauteil und einen demgegenüber im Querschnitt verringerten Übergangsbereich zum Grundkörper aufweisen. Durch die Segmentierung wird eine Elastizität der Übergangsstruktur erreicht, durch die unterschiedliche thermische Ausdehnungen zwischen Bauteil und Wärmesenke kompensiert werden kann. In einer anderen Ausgestaltung weist die Wärmesenke zwei Grundkörper auf, die über eine steife Übergangsstruktur mit einer Porosität von wenigstens 5% verbunden sind. Damit lassen sich benachbarte Abschnitte des Bauteils bei gleichzeitiger mechanischer Stabilisierung optimal auf unterschiedlicher Temperatur halten.

Description

Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperierung eines Bauteils, insbesondere einer optischen Komponente, bei dem die Temperierung über eine Wärmesenke erfolgt, die mit dem Bauteil verbunden wird. Die Erfindung betrifft auch eine dazu ausgebildete Anordnung aus dem Bauteil und der Wärmesenke.
Bei vielen Anwendungen in der Lasertechnik müssen optische Komponenten, beispielsweise optische Kristalle oder optische Wellenleiter, temperiert werden. Dies erfolgt über metallische Wärmesenken, an denen sie befestigt werden. Um einen möglichst effizienten Wärmeübergang zu gewährleisten, werden unterschiedliche Techniken zur Verbindung der Komponenten mit den Wärmesenken eingesetzt. Der thermische Ausdehnungskoeffizient (CTE: coefficient of thermal expansion) der optischen Komponente unterscheidet sich in der Regel deutlich von dem CTE der metallischen Wärmesenke. Dadurch ergeben sich während des Einsatzes mechanische Spannungen, die zum Versagen der optischen Komponente führen oder ihre Funktion so stark beeinträchtigen können, dass ein effizienter Betrieb nicht möglich ist.
Im Anwendungsbereich der optischen Frequenzkonversion ist die Verwendung von mikroskopischen Wellenleitern aus nicht-linear optischen Materialien wie z.B. periodisch gepoltes LiNbO₃ oder LiTaO₃ von Interesse, in denen hohe Leistungsdichten auch bei niedrigen Gesamtleistungen erreicht werden können und hohe Effizienten der Prozesse ermöglichen. Solche Prozesse in periodisch gepolten Wellenleitern aus nicht-linear optischen Materialien erfordern präzise Betriebstemperaturen, die auch von den Fertigungstoleranzen der Wellenleiter abhängen. Bei Verwendung eines einzelnen Wellenleiters für zwei sukzessive Frequenzkonversionen in aufeinanderfolgenden Abschnitten des Wellenleiters können Fertigungstoleranzen dazu führen, dass der gewünschte Prozess unterschiedliche Betriebstemperaturen in den beiden Abschnitten erfordert, die möglichst scharf voneinander getrennt sein müssen. Der Übergangsbereich zwischen den beiden Abschnitten unterschiedlicher Betriebstemperatur sollte auf der anderen Seite so klein wie möglich sein.
1 zeigt hierzu in schematisierter Darstellung einen optischen Aufbau, mit dem die unterschiedlichen Abschnitte eines derartigen Wellenleiters auf unterschiedlichen Temperaturen gehalten werden können. In der Figur ist eine aus zwei metallischen Grundkörpern 5, 6 gebildete Wärmesenke dargestellt, die über ein starres metallisches Verbindungselement 4 miteinander verbunden sind. Die Grundkörper 5, 6 sind über Verbindungsschichten 2, 3, beispielsweise aus einem Lotmaterial, mit den beiden auf unterschiedlichen Temperaturen zu haltenden Abschnitten der optischen Komponente 1 verbunden, in die der optische Wellenleiter integriert ist. Die Verbindung der beiden Grundkörper 5,6 über das starre Verbindungselement 4 ist erforderlich, um die mechanische Stabilität der gesamten Anordnung zu gewährleisten, da derartige optische Komponenten 1 in der Regel mechanisch sehr empfindlich sind. Die beiden Grundkörper 5, 6 der Wärmesenke werden über getrennte Peltier-Elemente 7 temperiert. Mit einem derartigen Aufbau wird jedoch aufgrund der Verbindung der beiden Grundkörper keine ausreichend scharfe thermische Trennung zwischen den beiden auf unterschiedlichen Temperaturen zu haltenden Abschnitten des Wellenleiters erreicht. Dies kann zu einer Verminderung der optischen Konversionseffizienz im Wellenleiter führen.
Stand der Technik
Zur Vermeidung thermischer Spannungen bei der Verbindung von metallischen Wärmesenken mit optischen Komponenten sind speziell ausgebildete, hinsichtlich der Wärmeausdehnung angepasste Montagesubstrate bekannt, die entweder in die Wärmesenke integriert oder zwischen der Wärmesenke und der optischen Komponente eingesetzt werden. Dabei werden entweder pulvermetallurgisch oder über einen Schichtaufbau mehrere Materialien so miteinander kombiniert, dass der effektive CTE möglichst dem der optischen Komponente entspricht. Die Kompensation wird dabei rein über die Materialeigenschaften der eingesetzten Materialien erreicht. Die DE 100 11 892 A1 zeigt ein Beispiel für ein derartiges Montagesubstrat, das aus einer oberen und einer unteren Schicht, beispielsweise aus Diamant, und einer zwischenliegenden mittleren Schicht, beispielsweise aus Kupfer, gebildet ist. Die obere und die untere Schicht sind dabei zusätzlich mit mechanisch spannungsreduzierenden länglichen Öffnungen versehen.
Für die Durchführung von zwei sukzessiven Frequenzkonversionen und die damit verbundenen Probleme der Temperierung sind im Stand der Technik mehrere Ansätze beschrieben. So können mehrere separate Wellenleiter genutzt werden, wie dies beispielsweise in C. Philippe et al., „Efficient third harmonic generation of a CW-fibered 1.5 um laser diode“, Appl. Phys. B 122(10), 265 (2016) beschrieben ist. Dies verursacht jedoch zusätzliche Materialkosten, führt zu einem weniger kompakten Aufbau als bei Nutzung lediglich eines einzelnen Wellenleiters und zu zusätzlichen Verlusten bei der optischen Kopplung von einem Wellenleiter in den anderen.
Ein weiterer Ansatz besteht in der Nutzung von Wellenleitern, die gekrümmte Segmente enthalten, durch die die unterschiedlich zu temperierenden Abschnitte getrennt werden, wie dies beispielsweise in V. Esfandyarpour et al., „Cascaded downconversion interface to convert single-photon-level signals at 650 nm to the telecom band“, Optics Letters Vol. 43, No. 22, 5655-5658 (2018) realisiert ist. Damit werden zwar Kopplungsverluste vermieden, es entstehen jedoch zusätzliche Verluste durch die gekrümmten Segmente sowie zusätzliche Anforderungen an das Fertigungsverfahren.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Verfahren zur Temperierung von Bauteilen, insbesondere von optischen Komponenten, anzugeben, mit denen mechanische Spannungen zwischen einer Wärmesenke zur Temperierung und dem Bauteil verringert und/oder bei unterschiedlicher Temperierung benachbarter Abschnitte des Bauteils eine ausreichend scharfe thermische Trennung zwischen den beiden Abschnitten bei gleichzeitiger mechanischer Stabilisierung erreicht wird. In einer Ausgestaltung soll das Verfahren die Nutzung eines einzelnen optischen Wellenleiters zur Durchführung wenigstens zweier sukzessiver Frequenzkonversionen mit hoher Konversionseffizienz ermöglichen. Weiterhin sollen Anordnungen zur Lösung der obigen Aufgabe bereitgestellt werden.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit den Verfahren und Anordnungen gemäß den Patentansprüchen 1, 2, 8 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verfahren sowie der Anordnungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
Bei beiden vorgeschlagenen Verfahren erfolgt die Temperierung des Bauteils, insbesondere einer optischen Komponente, über eine Wärmesenke, beispielsweise eine metallische Wärmesenke, die mit weiteren Wärme abführenden oder auch mit Wärme erzeugenden oder Wärme haltenden Komponenten oder Medien verbunden sein kann. Beim ersten vorgeschlagenen Verfahren wird eine Wärmesenke eingesetzt, die durch einen Grundkörper, vorzugsweise einen massiven Grundkörper, und eine einstückig mit dem Grundkörper ausgebildete oder mit dem Grundkörper wärmeleitend verbundene Übergangsstruktur zum Bauteil aus mehreren Segmenten gebildet ist. Die Übergangsstruktur besteht dabei vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Grundkörper. Jedes Segment der Übergangsstruktur weist hierbei eine Anbindungsfläche an das Bauteil und einen gegenüber der Anbindungsfläche im Querschnitt verringerten Übergangsbereich zum Grundkörper auf. Zur Temperierung werden die Anbindungsflächen der Übergangsstruktur mit dem Bauteil verbunden. Der Querschnitt und die Länge des Übergangsbereiches zwischen dem Grundkörper und der Anbindungsfläche werden dabei so gewählt, dass Unterschiede in der thermischen Ausdehnung zwischen Bauteil und Wärmesenke durch eine Elastizität des Übergangsbereiches in (wenigstens) einer Richtung parallel zu den Anbindungsflächen zumindest teilweise kompensiert werden. Durch die Segmentierung der Übergangsstruktur und die angegebene geometrische Ausbildung können somit Unterschiede in der thermischen Ausdehnung bei der Aufheizung des Bauteils zwischen dem Bauteil und der Wärmesenke über die elastische Verformung der Übergangsstruktur ausgeglichen werden.
Das erste Verfahren eignet sich für Bauteile, die über eine Wärmesenke temperiert werden müssen und deren Material einen deutlich anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Material der Wärmesenke aufweist, vorzugsweise jedoch für optische Komponenten. Unter optischen Komponenten werden in der vorliegenden Patentanmeldung vor allem lichtführende und/oder lichterzeugende Bauteile verstanden, beispielsweise optische Kristalle oder optische Wellenleiter oder Wellenleiterchips.
Beim zweiten vorgeschlagenen Verfahren werden wenigstens zwei aufeinanderfolgende Abschnitte eines Bauteils, insbesondere einer optischen Komponente, über Wärmesenke, beispielsweise eine metallische Wärmesenke, auf unterschiedliche Temperaturen temperiert. Dabei wird eine Wärmesenke eingesetzt, die zwei Grundkörper, vorzugsweise massive Grundkörper, und eine einstückig mit den Grundkörpern ausgebildete oder mit den Grundkörpern verbundene, zur Sicherstellung der bestimmungsgemäßen Funktion bzw. mechanischen Stabilität des Bauteils ausreichend steife Übergangsstruktur aufweist, über die die Grundkörper miteinander verbunden sind. Diese Übergangsstruktur besteht wiederum vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Grundkörper. Einer der Grundkörper ist dabei mit einem der zwei Abschnitte und der andere Grundkörper mit dem anderen der zwei Abschnitte des Bauteils verbunden. Die beiden Grundkörper werden dabei, beispielsweise über Peltier-Elemente, auf die gewünschte unterschiedliche Temperatur gebracht. Die Übergangsstruktur wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren so gewählt, dass sie im Gegensatz zum Grundkörper eine von außen zugängliche Porosität von mindestens 5 % aufweist. Als Porosität ist dabei das Verhältnis von massebehaftetem Bauteilvolumen zum umhüllenden Volumen eines Bauteils definiert. Die eingesetzte Wärmesenke dient dabei der Sicherstellung der mechanischen Stabilität des Aufbaus aus optischer Komponente und Wärmesenke, wie dies insbesondere bei der bevorzugten Anwendung zur Temperierung von optischen Wellenleitern erforderlich ist. Die steife Übergangsstruktur dient somit einerseits der Sicherstellung der mechanischen Stabilität der gesamten Anordnung und sorgt andererseits für eine ausreichende thermische Trennung der beiden Grundkörper und damit auch der beiden temperierten Abschnitte des Bauteils. Diese thermische Trennung wird durch die Nutzung einer porösen Übergangsstruktur erreicht. Durch diese poröse Übergangsstruktur mit großem Oberflächen-Volumen-Verhältnis wird die Wärmeleitung zwischen den beiden Grundkörpern minimiert und die thermische Konvektion mit dem Umgebungsmedium maximiert. Vorzugsweise wird die Übergangsstruktur so ausgebildet, dass sie die beiden Grundkörper nicht auf dem kürzesten Weg zwischen den Grundkörpern verbindet. Dies erhöht zusätzlich die zur thermischen Konvektion nutzbare Oberfläche. Zur Temperierung von mehr als zwei Abschnitten auf unterschiedlichen Temperaturen wird analog eine Wärmesenke mit mehr als zwei Grundkörpern mit entsprechenden Übergangsstrukturen eingesetzt.
Mit diesem zweiten Verfahren wird eine Verkleinerung des thermischen Übergangsbereichs in dem Bauteil, vorzugsweise einer optischen Komponente mit einem oder mehreren integrierten optischen Wellenleitern bzw. einem optischen Wellenleiterchip, zwischen den unterschiedlich zu temperierenden Abschnitten erreicht. Damit wird beispielsweise beim Einsatz eines Wellenleiters aus nicht-linear optischen Materialien zur Durchführung von zwei sukzessiven Frequenzkonversionen ein kompakter Aufbau mit hoher Konversionseffizienz ermöglicht. Insbesondere werden bei dieser Anwendung gegenüber den in der Beschreibungseinleitung angeführten Ansätzen Koppelverluste und Streuverluste vermieden und ein leicht herzustellender einfacher und kompakter Aufbau realisiert. Es können standardisierte Wellenleiter mit linearer Geometrie eingesetzt und mittels etablierter Fertigungsprozesse hergestellt werden.
Als Übergangsstruktur zwischen den Grundkörpern wird dabei vorzugsweise eine Struktur mit durchgängigen Öffnungen oder Kanälen, insbesondere eine gitterförmige Struktur gewählt. In einer weiteren Ausgestaltung kann jeder Grundkörper über eine gemäß dem ersten Verfahren ausgebildete zweite Übergangsstruktur mit dem zu temperierenden Bauteil bzw. dem entsprechenden Abschnitt dieses Bauteils verbunden werden. Damit werden zwischen dem zu temperierenden Bauteil und der Wärmesenke auch die thermischen Spannungen kompensiert oder zumindest reduziert. Bei beiden Verfahren werden die Wärmesenken vorzugsweise über einen geeigneten Lötprozess mit dem Bauteil verbunden.
Die beiden vorgeschlagenen Anordnungen aus einem Bauteil, insbesondere einer optischen Komponente, und einer Wärmesenke ergeben sich aus den beiden vorgeschlagenen Verfahren. Die erste Anordnung, die unter Nutzung des ersten vorgeschlagenen Verfahrens erhalten wird, ermöglicht damit die Realisierung eines optischen Systems, bei dem thermisch induzierte Spannungen aufgrund unterschiedlicher CTE zwischen dem Bauteil und der Wärmesenke kompensiert oder zumindest teilweise kompensiert sind. Im Falle einer optischen Komponente als Bauteil bleiben die optischen Eigenschaften dabei in einem Bereich, der einen sicheren Betrieb der optischen Komponente bzw. des optischen Systems mit dieser optischen Komponente ermöglicht. Der thermische Kontakt zwischen Wärmesenke und Bauteil bleibt dabei durch geeignete Wahl der Größe der Anbindungsflächen ausreichend groß, so dass die Temperierung sichergestellt werden kann.
Die zweite Anordnung, die durch Anwendung des zweiten Verfahrens erhalten wird, verkleinert den thermischen Übergangsbereich zwischen den beiden unterschiedlich zu temperierenden Abschnitten innerhalb des Bauteils bzw. der optischen Komponente, beispielsweise eines optischen Wellenleiterchips. Dadurch wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung mit einem linearen Wellenleiter aus einem nicht-linear optischen Material als Bauteil die Umsetzung von hoch-effizienter, mehrstufiger Frequenzkonversion ermöglicht. Durch die Möglichkeit der Nutzung eines linearen Wellenleiters auf Basis bewährter Fertigungstechnik wird auch das Risiko umgangen, dass innerhalb der Fertigungstoleranz Ausschuss produziert wird. Gleichzeitig wird durch den vorgeschlagenen Aufbau der Wärmesenke eine ausreichende mechanische Festigkeit der Wärmesenke und damit des gesamten optischen Aufbaus erreicht.
Die Verfahren und die Anordnungen werden bevorzugt im Bereich optischer Komponenten eingesetzt. Sie können bei unterschiedlichen Laser- oder Optikanwendungen zum Einsatz kommen. Insbesondere auf dem Gebiet der Quantentechnologie können sie vorteilhaft angewendet werden. So können durch effiziente Umsetzung von Frequenzkonversion quantentechnologische Prozesse wie Quantenfrequenzkonversion verlustarm und bei niedrigen Laserleistungen durchgeführt werden, wodurch Rauschprozesse reduziert werden, die andernfalls eine Realisierung von quantentechnologischen Komponenten erschweren oder sogar verhindern. Die Umsetzung von Frequenzkonversion in mehrstufigen Prozessen ermöglicht die Verwendung von anderen Wellenlängen, was Rauschprozesse in Quantenanwendungen reduziert.
Die fertigungstechnische Realisierung der geometrisch komplexen Übergangsstrukturen bei beiden Verfahren und Anordnungen ist beispielsweise mit dem additiven Fertigungsverfahren pulverbettbasiertes Schmelzen mittels Laserstrahl PBF-LB möglich.
Figurenliste
Die vorgeschlagenen Verfahren und Anordnungen werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:

1 einen optischen Aufbau zur unterschiedlichen Temperierung unterschiedlicher Abschnitte eines Wellenleiters;
2 ein Beispiel für eine Ausgestaltung der vorgeschlagenen Anordnung zur Kompensation unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten;
3 ein Beispiel für eine Ausgestaltung der vorgeschlagenen Anordnung zur unterschiedlichen Temperierung aufeinander folgender Abschnitte eines optischen Wellenleiters bzw. Wellenleiterchips; und
4 ein weiteres Beispiel für eine Ausgestaltung der vorgeschlagenen Anordnung zur unterschiedlichen Temperierung aufeinander folgender Abschnitte eines optischen Wellenleiters bzw. Wellenleiterchips.

Wege zur Ausführung der Erfindung
Der optische Aufbau gemäß 1 wurde bereits in der Beschreibungseinleitung erläutert. Dieser Aufbau kann bei Nutzung des optischen Wellenleiters zur Erzeugung von zwei sukzessiven Frequenzkonversionen dazu führen, dass aufgrund der nicht ausreichend scharfen thermischen Trennung zwischen den beiden Abschnitten, die auf unterschiedlicher Betriebstemperatur gehalten werden müssen, eine Verminderung der optischen Konversionseffizienz auftritt.
Weiterhin besteht bei der Anbindung einer Wärmesenke an ein Bauteil mit deutlich unterschiedlichem thermischem Ausdehnungskoeffizienten das Problem, dass mechanische Spannungen bei der Erwärmung des Bauteils resultieren, die beispielsweise bei optischen Komponenten zum Versagen dieser Komponenten oder auch zur Beeinträchtigung ihrer Funktion führen können. Dies ist beispielsweise bei der Temperierung oder Kühlung optischer Kristalle oder optischer Wellenleiter der Fall.
Die letztgenannte Problematik kann mit einer Anordnung vermindert oder vermieden werden, wie sie beispielhaft stark schematisiert in 2 dargestellt ist. Dabei wird eine Wärmesenke aus einem Grundkörper 11 und einer Übergangsstruktur 12 verwendet, bei der die Übergangsstruktur 12, die den Anbindungsbereich der Wärmesenke an den optischen Wellenleiter 1 bildet, in einzelne Segmente unterteilt wird. Diese Einzelsegmente, von denen in 2 beispielhaft vier dargestellt sind, weisen zum einen im Kontaktbereich zum Wellenleiter 1 Anbindungsflächen 8 auf, die einen für den Lötvorgang ausreichend großen Querschnitt in der x-y-Ebene aufweisen. Die Segmente weisen zum anderen Übergangsbereiche 9 mit einem hinreichend kleinen Querschnitt in der x-y-Ebene am Übergang 10 zum massiven Bereich bzw. dem Grundkörper 11 auf. Die Segmente sind dabei hinsichtlich ihrer geometrischen Ausgestaltung so gewählt, dass eine gezielt eingestellte Elastizität in der x-Achse Unterschiede in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Wellenleiter 1 und der Wärmesenke kompensiert. Dabei wird eine elastische thermische Ausdehnung ermöglicht, indem die Einzelsegmente eine Biegung um die y-Achse mit Drehmittelpunkt im Übergangsbereich 10 zum Grundkörper 11 ausführen. Aufgrund der Geometrie des Wellenleiters 1, der aufgrund seiner Geometrie in diesem Beispiel eine um den Faktor 8 größere thermische Ausdehnung in x-Richtung als in y-Richtung aufweist, ist in diesem Beispiel eine Elastizität in y-Richtung nicht erforderlich.
Für einen beispielhaften Wellenleiterchip aus LiTaO3 mit den Dimensionen 40 × 4 × 0,5 mm³ würde eine geeignete Wärmesenke aus TiAl6V4 die Abmessungen 40 × 30 × 5 mm ³ aufweisen, wobei die Einzelsegmente der Übergangsstruktur 12 eine Länge von 1 mm, in der Anbindungsfläche 8 einen Querschnitt von 0,4 × 5 mm² und im Übergang 10 einen Querschnitt von 0,2 × 4,8 mm² aufweisen und zwischen der Anbindungsfläche 8 und dem Übergang 10 konisch zulaufen.
Die Problematik der unterschiedlichen Temperierung benachbarter Abschnitte in einem optischen Wellenleiter, wie dies in Verbindung mit 1 erläutert wurde, kann durch einen Aufbau vermieden werden, wie er beispielhaft stark schematisiert in 3 in Draufsicht auf den optischen Wellenleiter 1 dargestellt ist. Ein ausreichend scharfer thermischer Übergangsbereich im Wellenleiter 1 wird hierbei durch eine spezielle Ausbildung der Wärmesenke erreicht. Die Wärmesenke weist die beiden Grundkörper 5, 6 auf, die durch eine speziell ausgebildete Übergangsstruktur 13 miteinander verbunden sind. Die Übergangsstruktur 13 dient dabei zum einen der Sicherstellung der mechanischen Stabilität des gesamten Aufbaus und zum anderen der ausreichenden thermischen Trennung der beiden Grundkörper 5, 6, und damit auch der unterschiedlich zu temperierenden Abschnitte des Wellenleiters 1. Dies wird durch Ausbildung dieser Übergangsstruktur 13 aus porösen Strukturen, wie beispielsweise Gitterstrukturen, erreicht. Dadurch wird die Wärmeleitung zwischen den beiden Grundkörpern 5, 6 minimiert und auf der anderen Seite die thermische Konvektion mit dem Umgebungsmedium wie beispielsweise Luft maximiert. Zusätzlich verläuft in diesem Beispiel der Pfad, auf dem die Übergangsstruktur 13 die beiden Grundkörper 5, 6 verbindet, nicht wie in 1 auf dem kürzesten Weg zwischen den beiden Grundkörpern in x-Richtung, sondern ist ausgedehnt in der x-y-Ebene, um so eine größere effektive Oberfläche zur thermischen Konvektion bereitzustellen.
Die Übergangsstruktur 13 kann beispielsweise aus TiAl6V4 bestehen und als dreidimensionale Gitterstruktur mit einer Einheitszellengröße von 1 mm und einem Stab- bzw. Stegdurchmesser von 0,2 mm ausgebildet sein.
4 zeigt hierzu noch ein weiteres Beispiel in gleicher Ansicht wie bei 3, bei dem die Übergangsstruktur 13 nochmals stärker in der x-y-Ebene ausgedehnt ist. Bei beiden Figuren werden die beiden Grundkörper 5, 6 jeweils wie bei 1 über Peltier-Elemente temperiert, die unter den Grundkörpern 5, 6 angeordnet und daher in den 3 und 4 nicht erkennbar sind.
Bezugszeichenliste

1: optische Komponente
2: Verbindungsschicht
3: Verbindungsschicht
4: Verbindungselement
5: erster Grundkörper
6: zweiter Grundkörper
7: Peltier-Elemente
8: Anbindungsfläche
9: Übergangsbereich
10: Übergang
11: Grundkörper
12: Übergangsstruktur
13: Übergangsstruktur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10011892 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Temperierung eines Bauteils, insbesondere einer optischen Komponente, bei dem die Temperierung über eine Wärmesenke erfolgt, die durch einen Grundkörper (11) und eine einstückig mit dem Grundkörper (11) ausgebildete oder mit dem Grundkörper (11) wärmeleitend verbundene Übergangsstruktur (12) zum Bauteil (1) aus mehreren Segmenten gebildet ist, die jeweils eine Anbindungsfläche (8) an das Bauteil (1) und einen demgegenüber im Querschnitt verringerten Übergangsbereich (9) zum Grundkörper (11) aufweisen, indem die Anbindungsflächen (8) der Übergangsstruktur (12) mit dem Bauteil (1) verbunden werden, wobei der Querschnitt und eine Länge des Übergangsbereichs (9) zwischen dem Grundkörper (11) und der Anbindungsfläche (8) jeweils so gewählt werden, dass Unterschiede in der thermischen Ausdehnung zwischen Bauteil (1) und Wärmesenke durch eine Elastizität des Übergangsbereichs (9) in wenigstens einer Richtung parallel zu den Anbindungsflächen (8) zumindest teilweise kompensiert werden.
Verfahren zur Temperierung von wenigstens zwei aufeinander folgenden Abschnitten eines Bauteils, insbesondere einer optischen Komponente, auf unterschiedliche Temperaturen, bei dem die Temperierung über eine Wärmesenke erfolgt, die wenigstens zwei Grundkörper (5, 6) und eine einstückig mit den Grundkörpern (5, 6) ausgebildete oder mit den Grundkörpern (5, 6) verbundene steife Übergangsstruktur (13) aufweist, über die die Grundkörper (5, 6) miteinander verbunden sind, und von denen ein Grundkörper (5) mit einem der zwei Abschnitte und der andere Grundkörper (6) mit dem anderen der zwei Abschnitte des Bauteils (1) verbunden wird, wobei die Übergangsstruktur (13) so gewählt wird, dass sie wenigstens eine Porosität von 5% aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsstruktur (13) so ausgebildet wird, dass sie die Grundkörper (5, 6) nicht auf dem kürzesten Weg zwischen den Grundkörpern (5, 6) verbindet.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Übergangsstruktur (13) eine Struktur mit durchgängigen Öffnungen oder Kanälen, insbesondere eine gitterförmige Struktur, gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Grundkörper (5, 6) über eine einstückig mit dem Grundkörper (5, 6) ausgebildete oder mit dem Grundkörper (5, 6) wärmeleitend verbundene zweite Übergangsstruktur (12) mit dem Bauteil (1) verbunden wird, die aus mehreren Segmenten gebildet wird, die jeweils eine Anbindungsfläche (8) an das Bauteil (1) und einen demgegenüber im Querschnitt verringerten Übergangsbereich (9) zum Grundkörper (5, 6) aufweisen, wobei der Querschnitt und eine Länge des Übergangsbereichs (9) zwischen dem Grundkörper (5, 6) und der Anbindungsfläche (8) jeweils so gewählt werden, dass Unterschiede in der thermischen Ausdehnung zwischen Bauteil (1) und Wärmesenke durch eine Elastizität des Übergangsbereichs (9) in wenigstens einer Richtung parallel zu den Anbindungsflächen (8) zumindest teilweise kompensiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5 zur Temperierung von wenigstens zwei aufeinander folgenden Abschnitten eines Wellenleiters (1) aus nicht-linear optischen Materialien, insbesondere eines periodisch gepolten Wellenleiters aus nicht-linear optischen Materialien, für wenigstens zwei sukzessive Frequenzkonversionen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke durch einen Lötprozess mit dem Bauteil (1) verbunden wird.
Anordnung aus einem zu temperierenden Bauteil, insbesondere einer optischen Komponente, und einer Wärmesenke, bei der die Wärmesenke durch einen Grundkörper (11) und eine einstückig mit dem Grundkörper (11) ausgebildete oder mit dem Grundkörper (11) wärmeleitend verbundene Übergangsstruktur (12) zum Bauteil (1) aus mehreren Segmenten gebildet ist, die jeweils eine Anbindungsfläche (8) an das Bauteil (1) und einen demgegenüber im Querschnitt verringerten Übergangsbereich (9) zum Grundkörper (11) aufweisen, wobei der Querschnitt und eine Länge des Übergangsbereichs (9) zwischen dem Grundkörper (11) und der Anbindungsfläche (8) jeweils so gewählt sind, dass Unterschiede in der thermischen Ausdehnung zwischen Bauteil (1) und Wärmesenke durch eine Elastizität des Übergangsbereichs (9) in wenigstens einer Richtung parallel zu den Anbindungsflächen (8) zumindest teilweise kompensiert werden.
Anordnung aus einem zu temperierenden Bauteil, insbesondere einer optischen Komponente, und einer Wärmesenke, bei der die Wärmesenke wenigstens zwei Grundkörper (5, 6) und eine einstückig mit den Grundkörpern (5, 6) ausgebildete oder mit den Grundkörpern (5, 6) verbundene steife Übergangsstruktur (13) aufweist, über die die Grundkörper (5, 6) miteinander verbunden sind, und von denen ein Grundkörper (5) mit einem Abschnitt des Bauteils und der andere Grundkörper (6) mit einem anderen Abschnitte des Bauteils (1) verbunden ist, wobei die Übergangsstruktur (13) eine Porosität von wenigstens 5% aufweist.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsstruktur (13) die Grundkörper (5, 6) nicht auf dem kürzesten Weg zwischen den Grundkörpern (5, 6) verbindet.
Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsstruktur (13) eine Struktur mit durchgängigen Öffnungen oder Kanälen ist, insbesondere eine gitterförmige Struktur.