CN101645698B

CN101645698B - 一种微光机电陀螺中的桥接型声表面波换能器

Info

Publication number: CN101645698B
Application number: CN2009100761302A
Authority: CN
Inventors: 李红浪; 何世堂; 孟彦彬; 陈淑芬; 赵毅
Original assignee: Institute of Acoustics CAS; Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Institute of Acoustics CAS; Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2029-01-09
Also published as: CN101645698A

Abstract

本发明涉及一种微光机电陀螺中的桥接型声表面波换能器。在基底材料上制成嵌入式条状声光波导区域，还设置有压焊电极、叉指电极以及桥连电极；叉指电极的电极结构分成两组，分别位列于声光波导区域的上下两侧，其间距小于6个声波波长，两组叉指电极之间通过桥连电极相连穿越声光波导区域。当对上下两组声表面波叉指电极间施加了驱动电源时将产生声表面波，声光波导区域的声波场与叉指电极区域的完全均匀一致，使得声光波导区域的声波导没有声场突变。本发明的桥接型声表面波换能器，在保持声光作用区声波场不变的前提下，采用桥连的形式来减少通过声光波导的金属电极面积，既可保持声波场的性质，又可有效地降低金属电极对光波的吸收。

Description

一种微光机电陀螺中的桥接型声表面波换能器

技术领域

本发明涉及基于声光波导结构的微光机电陀螺器件中声表面波发生及接收装置，特别是涉及一种具有桥接型结构的微光机电陀螺中的声表面波换能器。

背景技术

声光技术自60年代初激光器问世后兴起，至今已经有近40年的发展历程，随着光通信技术、微声技术以及声光介质材料的发展，利用声光效应研制的声光器件不仅在激光束偏转和调制方面得到广泛的应用，而且在信号处理、光计算、光通信等领域也显示出非常显著的优势。

声光器件可归为块体及波导型两大类。块体声光器件利用体波声光效应研制而成，其研究起步较早，已趋于成熟，在许多领域得到应用，但是体积、驱动功率及带宽极限的限制制约了其更广泛的发展。波导型声光器件利用表面声光效应，易于实现平面集成，大大缩小了器件尺寸，且光能和声能都至少在一个方向上受到限制，因而能量密度大、效率高，使器件的驱动功率以及带宽得到显著的改善。

根据声波与光波的传播方向，又可以把波导型声光器件分为共线型和非共线型。前者由于声光共线，声光作用更加充分，较后者在互作用长度、效率以及功耗等方面有着显著的优势，能量密度大、效率高，并且易于集成，可以实现多通道及模式转换。因此，波导型共线声光器件的研究逐步受到广泛的关注。

作为声表面波器件中不可缺少的叉指换能器，其设计是十分重要的工作。波导型共线声光器件中，在波导中传播的光波经由金属电极覆盖的区域，金属会吸收部分光能量产生光强的传输损耗，其损耗量与光路上金属覆盖区域的长度成正比，现有的常规叉指换能器因光路上金属化长度长，造成吸收损耗大，降低了输出光功率和声光耦合效率。而准共线声光器件虽然避免了金属电极对光能量的吸收问题，但也有其自身的缺点如器件尺寸相对较大，声波功率不能完全利用等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微光机电陀螺中的桥接型声表面波换能器。是一种新的基于声光波导结构的微光机电陀螺器件的叉指换能器，在保持声光作用区声波场不变的前提下，采用桥连的形式尽可能的减少通过声光波导的金属电极面积，既可保持声波场的性质，又能够有效地降低金属电极对光波的吸收。

本发明的微光机电陀螺中的桥接型声表面波换能器，其特征在于，在基底材料上采用光刻、镀膜、扩散或刻蚀工艺制成嵌入式条状声光波导区域，另外在基底材料上还设置有：压焊电极、叉指电极以及跨越所述声光波导区域上方的桥连电极；所述叉指电极的电极结构分成两组，分别位列于所述声光波导区域的上下两侧，其间距小于6个声波波长，所述压焊电极作为接入输入电压信号端，使通过该压焊电极上的电压加在所述叉指电极上，从而通过压电效应激发声波，所述两组叉指电极之间通过所述桥连电极相连穿越所述声光波导区域。

所述基底材料采用声光波导介质，包括：LiNbO₃、PbMoO₄、GaAs、Si、TeO₂晶体或合成有机材料。

另外，所述声光波导区域利用钛扩散技术在基底材料上制成嵌入式条状。

本发明的微光机电陀螺中的桥接型声表面波换能器中，在对上下两组声表面波叉指电极间施加了驱动电源后将产生声表面波，当上下两个叉指电极的间距小于6个声波波长时，声光波导区域的声波场与叉指电极区域的完全均匀一致，使得声光波导区域的声波导没有声场分布的突变。

本发明的有益效果在于：

本发明的微光机电陀螺中的桥接型声表面波换能器，对叉指电极采用中间桥连的方式通过声光波导区域，可以大大地减少声光波导区的金属化长度，从而能够有效地降低金属对光功率的吸收。

附图说明

图1为本发明的微光机电陀螺中的桥接型声表面波换能器的整体结构示意图。

附图标记

1压焊电极

2叉指电极

3声光波导区域

4桥连电极

5基底材料

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的微光机电陀螺中的桥接型声表面波换能器进行详细的说明。

图1为本发明的微光机电陀螺中的桥接型声表面波换能器的整体结构示意图。如图1所示，本发明的声表面波换能器是一种基于声光波导结构的微光机电陀螺器件中具有分组桥接型电极结构的声表面波换能器，在基底材料5上采用光刻、镀膜、扩散或刻蚀等工艺制成嵌入式条状声光波导区域3，另外，在基底材料5上还设置有：压焊电极1、叉指电极2以及跨越声光波导区域3上方的桥连电极4，叉指电极2的电极结构分成两组，分别位于声光波导区域3的上下两侧，其间距小于6个声波波长，两组电极之间通过桥连电极4相连从而穿越声光波导区域3。压焊电极1作为接入输入电压信号端，使通过压焊电极1上的电压可以加在叉指电极2上，从而通过压电效应激发声波。桥连电极4起到连接上下通道叉指电极2的作用。

本发明的微光机电陀螺中的桥接型声表面波换能器中，可以选择声光压电晶体作为波导的基底材料5，利用钛扩散技术制作出嵌入式条状光波导3，在压电晶体表面制作叉指电极2，从而构成声表面波换能器。

本发明的微光机电陀螺中的桥接型声表面波换能器为了同时满足对声学性能和光学性能的要求，可优化选择基底材料5，对于传播介质，充分考虑声波与光波的速率匹配，以及剪切波、高次谐波对信号信噪比的影响，对每种波导介质材料优化选择晶体切向，例如，常用的声光波导介质有LiNbO₃、PbMoO₄、GaAs、Si或TeO₂晶体以及合成有机材料等；另外，对于电极材料，为了获得高的机电耦合效率，必须考虑阻抗匹配等条件，例如，常用的有铝(Al)电极，金(Au)电极等。

另外，本发明的微光机电陀螺中的桥接型声表面波换能器在制造过程中，首先选择声光波导介质，即声光压电晶体(例如：LiNbO₃、PbMoO₄、GaAs、Si或TeO₂晶体、合成有机材料)作为波导的基底材料，然后将设计好的针对一定工作波长的单模光波导图形以及叉指电极图形制成一套光刻板，采用光刻、镀膜、扩散、刻蚀等工艺技术研制成嵌入式条状声光波导，然后在晶体表面用光刻工艺在声光波导图形上套刻出电极图形，用溅射镀膜工艺制成铝(Al)或金(Au)电极，再采用电镀增厚工艺完成声表面波换能器的电极制作。

Claims

1.一种微光机电陀螺中的桥接型声表面波换能器，其特征在于，在基底材料上采用光刻、镀膜、扩散或刻蚀工艺制成嵌入式条状声光波导区域，另外，在基底材料上还设置有：压焊电极、叉指电极以及跨越所述声光波导区域上方的桥连电极；

所述叉指电极的电极结构分成两组，分别位列于所述声光波导区域的上下两侧，其间距小于6个声波波长，所述压焊电极作为接入输入电压信号端，使通过该压焊电极上的电压加在所述叉指电极上，从而通过压电效应激发声波，所述两组叉指电极之间通过所述桥连电极相连穿越所述声光波导区域。

2.根据权利要求1所述的微光机电陀螺中的桥接型声表面波换能器，其特征在于，所述基底材料采用声光波导介质，包括：LiNbO₃、PbMoO₄、GaAs、Si、TeO₂晶体或合成有机材料。

3.根据权利要求1所述的微光机电陀螺中的桥接型声表面波换能器，其特征在于，所述声光波导区域利用钛扩散技术在基底材料上制成嵌入式条状。