DE2625546A1

DE2625546A1 - Uebertragungsglied fuer akustische wellen

Info

Publication number: DE2625546A1
Application number: DE19762625546
Authority: DE
Inventors: Ronald Vernon Schmidt
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1975-06-09
Filing date: 1976-06-05
Publication date: 1976-12-23
Also published as: JPS5832527B2; SE7606166L; AU504122B2; US3946338A; NL7606156A; ES448690A1; CH600680A5; FR2314632A1; AU1459876A; SE405304B; GB1530665A; FR2314632B1; IT1064014B; CA1055126A; JPS51150251A; BE842537A

Description

Patentanwalt 2 ß 2 5 5 A β Dipl.-Ing. Walter Jackisch **^W ** ^ ^ ^H °

Z Stuttgart N. Menzelstraße40

Western Electric A 35 275

Company, Incorporated

195 Broadway ' ^- Juni 1976

New York, ff.T. 10007
U.S.A.

Übertragungsglied für akustische Wellen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungsglied der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Art.

Akustische Oberflächenwellenfilter haben allem Anschein nach eine zunehmende Bedeutung beim Einsatz in kommerziellen Anwendungsbereichen, wie z.B. bei kommerziellen Fernsehschaltungen. Beispielsweise umfaßt ein für einen solchen Anwendungsbereich vorgesehenes Euter üblicherweise eine Zone eines dielektrischen Kristalls, in welcher ein im wesentlichen periodisches G-eschwindigkeitsstörungsmuster eingebaut ist, und zwar üblicherweise mittels Metallstreifen auf der Oberfläche des Kristalls oder mittels Ionenstrahlätzung von Kristalloberflächenvertiefungen mit dem gewünschten, im wesentlichen periodischen Muster. Zur Erzielung ■ einer Bandbreite, die größer ist als die durch einen gleichförmigen Streifenabstand erreichbare Bandbreite, wird das Filter mit einer vorbestimmten, reproduzierbaren änderung .

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des Äbstands zwischen den Metallstreifen oder anderen, die Oberfläche bedeckenden Streifen versehen (vgl. hierzu den Aufsatz "She Use of Surface-Biastic-Wave Reflective Gratings in large Time-Bandwidth. Pulse-Compression Filters" in der Zeitschrift "ΙΞΕΞ Transactions on Microwave Theory and Techniques", Bd. MTT-21, Ur. 4-, April 1973, Seiten 195 bis 205).

Sämtliche bekannten Technologien zur Herstellung eines reflektierenden Gitters besitzen wesentliche ITachteile. Beispielsweise ist ein Gitter mit einer Vielzahl von metallischen Dünnschichten auf der Kristalloberfläche verlustbehaftet. Andererseits erfordert das Ionenstrahlätzen einen verhältnismäßig komplizierten Herstellungsvorgang. Ferner wird, wie in dem vorstehend erwähnten Aufsatz erwähnt ist, beim Ionenstrahlätzen eine dünne, quasi-kontinuierliche Metallschicht äff dem Kristall niedergeschlagen, welche auf Obe" flächenwellen im höchsten Maße dämpfend wirkt und daher in einem zusätzlichen chemischen Ä'tz.schritt entfernt werden muß,

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Übertragungsglied der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welches bei. verringerten oder zumindest gleichbleibenden Übertragungsverlusten auf einfachere Weise hergestellt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst»

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Vorteilhafte Ausgestaltungen und "Weiterbildungen des Übertragungsgliedes nach Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 2 bis 8 gekennzeichnet.

Bei dem erfindungsgemäßen Übertragungsglied wird ein reflektierendes Gitter dadurch hergestellt, daß Metalle, wie beispielsweise Titan, Nickel und Chrom in Kristalle aus Werkstoffen wie beispielsweise Lithiumniobat und Lithiumtantalat eindiffundiert werden.

Man nahm bisher allgemein an, daß die Einbringung eines Metalls in den Körper eines ferroelektrischen Kristalls den akustischen Gesamtverlust gegenüber Dünnschichtgittern nach dem Stand der Technik erhöhen würde. Es war ferner nicht bekannt, ob das Metall irgendeinen günstigen Effekt auf die akustische Wellengeschwindigkeit haben würde oder welchen Sinn überhaupt ein deiartiger SfiZelrt haben sollte. j£s hat sich jedoch gezeigt, daß die erfindungsgemäße Diffusion von Metallen, wie beispielsweise Titan, liickel und Chrom in Lithiumniobat- und Lithiumtantalat-Kristalle den akustischen Verlust nicht v/esentlich erhöht und ferner eine günstige Vergrößerung der akustischen Wellengeschwindigkeit hervorruft. Im Ergebnis können Diffusionsverfahren vorteilhaft bei der Herstellung von Übertragungsgliedern für akustische Oberflächenwellen angewandt werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen über-

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tragungsgliedes werden Zonen mit gleichförmig zunehmender akustischer Wellengeschwindigkeit um einen undiffundierten Kanal vorgesehen, wodurch ein akustischer Wellenleiter gebildet wird. Ein derartiges Übertragungsglied kann sowohl in Fasertechnik als auch in Planartechnik verwirklicht werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Übertragungsgliedes sieht die Verwendung eines periodischen oder im wesentlichen periodischen Musters von Zonen mit erhöhter akustischer Wellengeschwindigkeit zur Schaffung eines akustischen Filters mit bestimmter Bandbreite und bestimmter Bandpaß- oder Bandsperren-.Charakteristik vor.

Akustische Eesonatorfilter können ferner mit jeweils einem Paar erfindungsgemäßer Gitter-Reflektoren ausgestattet werden.

Die Erfindung wird mit ihren weiteren Einzelheiten und Vorteilen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen»

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ETachrichtenübertra-

gungskette mit einem perspektivisch dargeeteilten, in Form eines Kanalsiebfilters ausgebildeten erfindungsgemäßen Übertragungsglied;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer ITachrichtenübertra-

gungskette mit einem perspektivisch dargestellten, in Form eines Kammfilters ausgebildeten er-609852/0731 "⁵~

_ 5 —

findungsgemäßen Übertragungsglied;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer ITachrichtenübertragungskette mit einem perspektivisch dargestellten, in Form eines Wellenleiters ausgebildeten erfindungsgemäßen Übertragungsglied;

Fig. 4 eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 3 in Form eines in Fasertechnik ausgeführten akustischen Wellenleiters, und

Fig. 5 ein Flußdiagramm der üblicherweise vorgesehenen Yerfahrungsschritte zur Herstellung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 4·

Fig. 1 zeigt die Verwendung eines akustischen Weilenfilters zur Aussiebung eines Kanals aus einer Vielzahl von Frecuenzmultiplexkanälen in einem Nachrichtensystem mit einem Übertrager 11, einem Übertragungsmedium 12 und einem Empfänger 13.

Ein in dem Empfänger 13 angeordnetes Filter 14 umfaßt einen dielektrischen Kristall 16 aus einem in der X-Achse geschnittenen und in der Z-Achse übertragenden Lithiumniobat-Kristall, der zwischen den Empfängereingangsstufen 33 und dem Einkanaldetektor 15 des Empfängers 13 angeordnet ist. Das Filter 14 umfaßt ferner einen Interdigitalelektroden-Eingangsübertrager 18 und einen ähnlichen Ausgangsübertrager 29· Zwischen dem Eingangs- und Ausgangsübertrager v/eist der

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Kristall 16 ein periodisches Muster 22 aus Streifen auf, die durch Diffusion eines Metalls von der Oberfläche des Kristalls 16 in dessen Körper bis zu einer geeigneten liefe, üblicherweise weniger als die akustische 'Wellenlänge hergestellt werden.

Zur Herstellung jedes Streifens des Streifenmusters 22, durch welches eine akustische Welle eine wesentlich höhere akustische Wellengeschwindigkeit erfährt, wird ein Metall, wie beispielsweise Titan (Ti) eindiffundiert. Beispielsweise kann für diese Diffusion ein fotolithographisches Verfahren angewandt werden. Bei einem solchen Verfahren werden zuerst dünne Metallstreifen auf die Kristalloberfläche aufgebracht. Der Kristall wird dann in eine inerte Atmosphäre, üblicherweise aus Argon, eingesetzt und auf eine Temperatur T für ein Zeitintervall t erhitzt. Nach Ablauf des Zeitintervalls t wird die Atmosphäre auf strömenden Sauerstoff umgestellt, um die bei der Diffusion aufgetretenen SäuerstoffVerluste des Kristalls auszugleichen, während gleichzeitig der Kristall abgekühlt wird. Das Metall diffundiert bis zu einer effektiven Tiefe b gemäß der Beziehung

b = (4Dt)¹/², (1)

wobei D die Diffusionskonstante ist. Das genaue Diffusionsprofil hängt in starkem Maße von den Diffusionsparametern >*, t, T ab. Typische Y/erte hierfür sind **■ = 1000 £ , t = 30

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Stunden und T = 100O⁰C. Die mit Nickel und Chrom diffundierten Zonen sind schwach gerb "bzw. schwach grün, während die mit Tian diffundierten Zonen hell sind. Diese optischen Eigenschaften "besitzen jedoch keinen wesentlichen Einfluß auf die akustischen Eigenschaften der in dieser Weise diffundierten Werkstoffe.

Zur Bestimmung der durch diese Metalldiffusion hervorgerufenen akustischen Geschwindigkeitsänderung wurde die akustische Oberflächenwellengeschwindigkeit in einer metalldiffundierten Zone im Vergleich zu der ungestörten akustischen Qberflächenwellengeschwindigkeit bei dem gleichen Kristall gemessen. Diese Messungen erfolgten mittels Aufdampfen von Metallmustern aus Nickel, Chrom und Titan von bekannter Länge auf die Oberfläche von in Y-Richtung geschnittenen und in Z-Richtung übertragenden LiNbO.,-Kristallen. Die dünnen Metallschichten wurden unter den in Tabelle I angegebenen Bedingungen in den Kristall eindiffundiert.

Tabelle Ii -8-

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ί> a

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OJ -φ

γ- ν-

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Ln

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•Η R

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O O O O O O O O O O

ο ιη ο Ln co

H H CO

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O O

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Einige der in der Tabelle I vorgesehenen Parameter wurden bereits vorstehend definiert. Die restlichen Parameter sind die Phasengeschwindigkeitsänderung. Δ ν , die G-rupp enges chwindigkeitsänderung Δ ν-, das Verhältnis ^-n-j»/lY,rh zwischen den diffundierten Metallatomen und den Hiobatomen in dem Wirtskristall und die Frequenzen, bei denen die Geschwindigkeitsänderungen gemessen'wurden. Auf jedem Kristall ?/urden in gleichen gegenseitigen Abständen drei identische Übertrager für Wellen mit einer Periodenlänge von 44/um derart hergestellt, daß sich die metalldiffundierte Zone vollständig zwischen zweien der Übertrager befand. Durch Aussteuerung des mittleren Übertragers und durch Messung der Phasendifferenz zwischen den beiden äußeren Übertragern konnte sowohl., die Phasengeschwindigkeit ν als auch die Gruppengeschwindigkeit ν der diffundierten Zone relativ zu der nicht-diffundierten·Zone ermittelt werden. Diese Technik ist in dem Aufsatz von L. A. Goldren und R. Y. Schmidt in der Zeitschrift "Applied Physics Letters", 3d. 23, (1973), Seite 482 im einzelnen beschrieben. Diese Messungen wurden bei der Grundfrequenz des Übertragers von 81 MHz und bei dessen fünfter Harmonischen von 412 MHz durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle I wiedergegeben. Die effektive Diffusionstiefe b des Titans von 3/um wurde durch Beobachtung der optischen 7/ellenleitungsarten bestimmt (vgl. hierzu den Aufsatz von R.V. Schmidt und I. P. Kaminow in der Zeitschrift "Applied Physics Letters", Bd. 25 (1974), Seite 458). Die Diffusions-

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tiefe b des Nickels von 100 /um wurde aus der Temperaturabhängigkeit der ITickel-Diffusionskonstanten berechnet. Diese Temperaturabhängigkeit wurde durch Anpassung bekannter Diffusionsprofilverteilungen an tatsächliche, mittels Elektrosondenanalyse gemessene Profile bestimmt. Die Diffusionstiefe des Chroms wurde nicht gemessen? es ist jedoch bekannt, daß Chrom nur schwer in LiNbO,-Kristalle eindiffundiert und daher die Diffusionstiefe b von Chrom zu etwa 1 /um angenommen werden kann.

Aus der Tabelle I kann entnommen werden, daß die mit Titan und Chrom diffundierten Zonen streuen und eine Oberflächenwellenge schwind igke its erhöhung von etwa 1 $ bei 412 EiHz erzeugen, wo die akustische Wellenlänge 8,8/um beträgt. Die mit Nickel diffundierte Zone zeigt eine geringe Streuung und eine Geschwindigkeitserhöhung von etwa 0,5 f°· Dies liegt im erwarteten Rahman, >1& die Difxusionstiei'e wesentlich gicsser als die akustische Wellenlänge bei beiden Frequenzen ist. Aus den in Tabelle I angegebenen Daten kann grob geschätzt werden, daß für eine gleichmäßige, 5$ige Konzentration von Diffusionsmittelatomen zu Niob-Atomen die akustische Oberflächenwellengeschwindigkeitsstörung Δν/ν für Titan 3 $' und für Nickel 5 i° beträgt. Bine genauere Berechnung dieser Zahlen würde eine detaillierte Kenntnis der Diffusionsprofile erfordern und sollte die komplexe Natur der akustischen Spannungen mit einbeziehen.

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In den diffundierten Zonen trat im Vergleich, zu den nichtdiffundierten Zonen praktisch kein höherer Verlust bei einer Fortpflanzungslänge von 1 cm und Frequenzen bis zu 412 MHz . auf. Unterschiede zwischen dem Eintrittsverlust für die durch die diffundierten und die nicht-diffundierten Zonen wandernden Wellen in der Größenordnung von 0,1 dB waren bedingt durch geringe Unterschiede im Y/irkungsgrad des Ausgangsübertragers. Bei 412 MHz liegt der Ausbreitungsverlust in einem LiNbO,-Kristall bei etwa 0,4 dB/cm, während der Luftabstrahlungsverlust etwa 0,2 dB/m beträgt.

Der Übertrager 11 ist ein Frequenzmultiplexübertrager, der mehrere Kanäle mit den Mittenfrequenzen f.., f„, ... f zur Übertragung auf einen gemeinsamen Trägersignal über ein Übertragungsmedium 12, beispielsweise ein Koaxialkabel, oder über eine sich frei ausbreitende Hochfreq.uenzwelle zu dem Smpfäiiger 13 komuiiviert, wobei die verschiedenen Kanäle mit unterschiedlichen Mittenfrequenzan getrennt werden.

Für einen derartigen Kanal dient das Kanalsiebfilter 16 zur Aussiebung der modulierten Welle mit der Hittenfrequenz f- aus den anderen Frequenzanteilen des Multiplexsignals.· Die übertrager 18 und 29 arbeiten in herkömmlicher Y/eise als akustische Oberflächenwellenübertrager. Die periodischen Streifen- oder Gittermuster 22 sind um 45° bezüglich der Ausbreitungsrichtung der akustischen Welle in dem Kristall gedreht, so daß die wesentlichen, sich aus den akustischen

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Geschwindigkeitsstörungen infolge des Musters 22 ergebenden Reflexionen vom Bragg-2yp im rechten Winkel bezüglich der anfänglichen \7ellenausbreitungsrichtung zu dem Ausgangsübertrager 27 abgelenkt v/erden, der ähnlich wie die übrigen Übertrager ausgebildet ist. Die Stärke der inkrementellen Reflexion an jeder diffundierten Zone ist unmittelbar abhängig von der Dicke V* des ursprünglich auf die Oberfläche vor der Diffusion niedergeschlagenen Metalls.

Die ausgesiebte, modulierte Welle, mit der Mittenfrequenz f- wird von dem Einkanaldetektor 15 aufgenommen, der als Ausgangssignal den gewünschten, ursprünglich in diesem Kanal übertragenen Modulationsanteil besitzt. Die restlichen Frequenzbänder mit den Mittenfrequenzen f_? ... f können an andere, ähnlich ausgebildete Empfänger übertragen werden.

Der Übertrager 11, das Übertragur.gemedium 12, ler Detektor 15 und weitere, nicht dargestellte Einzelheiten des Empfängers 13 sind in der nachrichtentechnik geläufig.

Um einen Kanal mit einer Mittenfrequenz f- herauszusieben, besitzen die Streifen der Muster 22 eine vorbestimmte 'Veränderbarkeit ihres Abstandes senkrecht zu ihrer längenausdehnung, was die gewünschte Bandbreite ermöglicht. Der Gesamtreflexionsgrad bei einer bestimmten Frequenz kann durch Variation der anfänglichen Metallstreifendiclce quer zum Gitter oder der Diffusionsparanieter gesteuert werden.

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Zur Durchführung der Phasengescliv/indigkeitsmessungen und zur Überprüfung der technischen Realisierung von diffundierten Geschwindigkeitsstörungen für akustische Oberflächenwellengitterreflektoren im Vergleich zum Stand der Technik wurden Übertragungsglieder der in Fig. 2 dargestellten Art mit einem Huster 22 von praktisch periodisch beabstandeten, streifenförmigen Zonen hergestellt. Die Übertrager besaßen eine Mittenfrequenz von 145 IiHz, während die Gitter eine Wellenlänge A von 12/um und eine Gesamtlänge L von 540 Periodenlängen besaßen. Insgesamt wurden drei verschiedene Übertragungsglieder hergestellt. Das eine Gitter wurde aus 6 /un breiten, metallischen Aluminiumstreifen auf der Oberfläche ohne Eindiffusion hergestellt, während die beiden anderen.. Gitter aus diffundierten, 6/um breiten 'Titanstreifen mit einer Dicke von 1000 A und 1500 h. hergestellt wurden. Das Aluminium wurde ausgewählt, um periodische Geschwindigkeitsstörungen bekannter Art durch piezoelektrischen Av/v-3ffekt zu bilden. Das Titan wurde ausgewählt, um die diffundierten Geschwindigkeitsstörungen in den beiden anderen Übertragungsgliedern hervorzurufen, da die Diffusionstiefe von 'Titan geringer als die Gitterwellenlänge ist.

Da bekanntlich der übertragungsverlust bei der Übertragung von akustischen Ob erflächenvf eilen durch die Gitter eine Punktion der Frequenz ist, kann nan die Gittergeschwindigkeit sstörungen aus der Beschreibung des Kopplungszustandes

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-H-

von Gitterreflektoren erhalten. Unter der näherungsvreisen Annahme, daß eine akustische Oberflächenwelle eine ebene Welle ist, kann gezeigt werden, daß der maximale Reflexionsfaktor R und die relative Bandbreite Δ f/f zwischen Nullstellen für einen Gitterreflektor durch die Beziehungen

R = tanh² (κ L) (2)

A 4> /_p " ( A . (Ι* "Γ /err- \ *-"\ * / ^ f Zt\

Af/i = J₁ ιι+1^κν·» ; ; . , C3;

gegeben ist, wobei K der Gitterkopplungskoeffizient ist. Es kann ferner gezeigt werden, daß

ist, wobei A. die akustische Y/*ellenlänge und Δ v/v die relative Csscliwindigkeitsäüderung bei jeder halben Gitterwellenlänge ist. Damit können durch Messung von Δf/f aus den mittels herkömmlicher ITetzwerkanalyse ermittelten Übertragungsverlustkurven der Kopplungskoeffizient und der Wert von Äv/v aus Gleichung (3) errechnet werden. Die Ergebnisse dieser Berechnungen sind in Tabelle II wiedergegeben. Die Y/erte von Δv/v für litan-diffundierte Geschwindigkeitsstörungen stimmen mit denen in Tabelle I überein. Ferner ist der berechnete Wert der piezoelektrischen Geschwindigkeitsänderung Δ v/v in guter Übereinstimmung mit dem festgestellten

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v7ert von 0,0246. In Tabelle II ist ferner der experimentell ermittelte maximale Schv/ächungsfaktor 1-H zusammen mit dein aus der Gleichung (2) berechneten maximalen Schwächungsfaktor aufgeführt. Für diffundierte Gitter wurde eine gute Übereinstimmung erzielt.

Tabelle Ils -16-

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Tabelle II

	Material	Dicke	df/f .	kl	66	άτ/ν	berechneter Schwächungs- faktor (dB)	gemessener S chwä chum gs - faktor- (CCB)
	Metallisches Aluminium	1000	0,0150	12,	34	0,0234	116	• 16-50
co CD	Diffundiertes (Ditan	1000	0,0046	2,	85	0,0043	15,2	10,5
98 52 >	Diffundiertes Titan	1500	0,0C586	3,		0,0071	27,4	27,C I
'073							_\ I

Es hat sich gezeigt, daß die diffundierten Gritter gleichförmige und symmetrische Freauenzeigenschaften besitzen, v/ohingegen dies bei den bekannten Metallgittern aus Aluminium nicht der Fall ist. Die letztgenannte Eigenschaft ergibt sich vermutlich aufgrund der Hückausbreitung der für leitende Metallstreifenzone charakteristischen 7i^rellenarten. Die erfindungsgemäßen Gritter "besitzen allem Anschein nach nicht die Wellen-Bückausbreitung, die den auf der Oberfläche des Kristalls 16 aufgebrachten Metallgittern zu eigen ist.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 kann ferner als Kammfilter verwendet werden. Kammfilter werden üblicherweise zur Beseitigung von letzbrummen oder anderen, den Hachrichtenkanal störenden, sehr schmalen Bandinterferenzen verwendet. Dessen ungeachtet sind derartige Kammfilter auch in anderen Anlagen wie beispielsweise Laborausrüstungen, Steuersystemen oder dergleichen verwendbar. Die Schwierigkeit liegt darin, daß das zu verarbeitende Signal von einer Quelle 41 empfangen wird, die nicht nur das gewünschte Signal f , sondern

eine Kombination dieses Signals mit der schmalen Bandinterferenz f. liefert.

Für Demonstrationszwecke sei angenommen, daß dieses kombinierte Signal in Vorv/ärtsrichtung über einen Isolator 42 dem Kammfilter 44 zugeführt wird, durch welches das gewünschte Signal f der Verarbeitungsvorrichtung 45 zugeführt wird.

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Das Kammfilter 44 umfaßt einen Lithiumniobat- oder Lithiumtantalat-Kristall, auf dem die Übertrager 47 "bis 52 und 54 bis 58 in ähnlicher Weise wie bei dem Äusführungsbeispiel nach Fig. 1 aufgebracht sind. Zwischen den Übertragern ist in den Körper des Kristalls über dessen Oberfläche eine Vielzahl von das Huster 53 bildenden Streifen eindiffundiert, wobei die Streifen im wesentlichen senkrecht zu der Übertragungsrichtung der akustischen Welle orientiert sind, so daß die inkrementell reflektierten -Seile der Welle rückwärts über den Interdigital-Eingangsübertrager zu dem Isolator geleitet werden. Da der Llittenabstand der Streifen des Musters 53 so gewählt wird, daß er dem Tielfachen der halben Wellenlänge der Interferenzfreauenz f entspricht, wandert, die Interferenz zurück in den Zirkulator 43 des Isolators 42 und über ein drittes Tor des Isolators 42» zu einem Terminal 59» in welchem die Leitung auf der Frequenz f verstreut wird.

Die Anwendungsformen der vorliegenden Erfindung sind nicht auf periodische Muster mit vergrößerter akustischer Wellenge schwindigkeit beschränkt, sondern können auch auf nichtperiodische Gebilde, wie beispielsweise akustische Wellenleiter erstreckt werden, die durch Diffusion des Metalls in Iiithiumniobat- oder Lithiumtantalat-Kristalle bestimmt werden. Für diese Anwendungsformen kann es erwünscht sein, Chrom oder nickel zu diffundieren, die eine kleinere bzw.

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eine größere Diffusionskonstante als !Titan besitzen und auf recht einfache Weise zur Festlegung eines günstigen Querschnitts für die Wellenleitung in dem kristallinen Material verwendet werden können.

Beispielsweise ist es bei dem praktisch planaren Wellenleiter nach Jig. 3 erwünscht, ein Wellenleitermedium 62 zwischen einem Signalübertrager 61 und einem Signalempfänger 63 vorzusehen. Hierzu v/erden im wesentlichen gleichförmig diffundierte Zonen 64 in einem Kristallsubstrat 55 auf {jeder Seite des gewünschten Vfellenleiterkanals 71 ausgebildet» Pur eine akustische Wellenausbreitung im Körperinneren kann die Tiefe dieses Kanals 71 teilweise durch eine v/eitere Diffusion eines Metalls in das Kristallsubstrat von der den Übertragern gegenüberliegenden Oberfläche bis unterhalb des Niveaus der gleichförmig diffundierten Zonen 62 beschränkt v/erden. Die Übertrager 65 und 72 dienen zur übertragung und zum Empfang von akustischen Oberflächenwellen. Dementsprechend ist im betrachteten Beispielsfalle die zuletzt erwähnte Diffusion entbehrlich. Ss versteht sich jedoch, daß die Metalldiffusion in die Zone 64 die Sigenschaften des Kristallkörpers bezüglich der akustischen Wellengeschwindigkeit beeinflußt.

Obwohl ein akustischer Wellenleiter ein von einem optischen Wellenleiter völlig verschiedenen Bauelement ist, dient es vielleicht zum besseren Verständnis, wenn die Zunahme der

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akustischen Geschwindigkeiten in den Zonen 64 mit der Abnahme des optischen Brechungsindex in einem analogen optischen Wellenleiter verglichen wird.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß über die insoweit erprobten, bescheidenen Ausbreitungsentfernungen die Erhöhung des akustischen Verlustes in einem Medium wie beispielsweise dam Wellenleitermedium 62 aufgrund der diffundierten Zone 64 vernachlässigbar ist. Es sei bemerkt, daß bei einem optischen Wellenleiter einige Metalle, wie beispielsweise ITiekel, äußerst hohe Verluste verursachen können, die gleichen Metalle jedoch bei dem akustischen Wellenleiter nach 5¹Xg. 3 sich als gut geeignet herausgestellt haben»

Ein akustischer Wellenleiter kann ferner eine zylindrische, faserförmige Geometrie gemäß Fig. 4 besitzen. Die grundsätzliche Abwandlung der übertragungseinrichtung 81 und der Empfangsainrichtung 85 bezieht sich auf die Form des verwendeten Übertragers. Bsi diesem Ausführungsbeispiel wird ein radial symmetrischer Übertrager verwendet.

Die Herstellung eines faserförmigen akustischen Wellenleiters 82 in einem Lithiumniobat-Kristall ist nicht selbstverständlich und wurde durch eine Eolge von in Pig. 5 veranschaulichten Yerfahrensschritten erzielt. Zunächst wurde eine Lithiujnniobat-Paser bis zu einem Durchmesser von mehreren

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akustischen Wellenlängen mittels der kürzlich entwickelten Einkristallfaser-Ziehtechnik gezogen, bei welcher ein heißer, angespitzer Wolframdraht oder ein scharf gespitζer Lithiumniobat-Züchtkristall mit gewünschter Orientierung in die Oberflächen einer Lithiumniobat-Schmelze eingetaucht und dann schrittweise mit einer Geschwindigkeit weggezogen wird, welche den Durchmesser der gezogenen Faser bestimmt.

Anschließend wird die resultierende Sinkristallfaser mit einer geeigneten Metallschicht, beispielsweise Nickel, über ihre gesamte äußere Oberfläche bis zu einer Tiefe von 0,4/um ummantelt. Die plat ierte oder ummantelte Faser wurde dann für etwa 24 Stunden auf etwa 1100⁰C erhitzt, um eine Dif-_ fusionstiefe b von 50 /um zu erzielen. Schließlich wurde Sauerstoff über die sich abkühlende Faser geleitet, um den während des Heizschritts aufgetretenen Sauerstoffverlust zu ersetzen.

Die geringste akustische Geschwindigkeit tritt in dem Zentrum der resultierenden Faser auf, so daß bei einer durch den Wellenleiter 32 übertragenen akustischen Y/elle deren gebeugte Außenbereiche ständig zu der Wellenleiterachse zurückgeworfen werden.

Der Wellenleiter 82 ist grundsätzlich ein sogn. akustischer Geschwindigkeitsstufen-Wellenleiter und stellt die gebräuchlichste und am einfachsten herstellbare Form eines Wellen-

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leiters dar. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, sind zahlreiche Abwandlungen der vorliegenden Ausführungsbeispiele der Erfindung möglich. Beispielsweise sind G-itterperioden mit einer Feinheit von zumindest 6/um mittels diffundiertem Titan möglich. Für noch kürzere Perioden können andere Metalle, wie beispielsweise Chrom, mit kleineren Diffusionskonstanten verwendet v/erden. Ss ist ferner möglich, die Größe der Geschwindigkeitsstörung auch auf andere Weise als mit den in !Tabelle I gezeigten Parametern zu ändern und zwar durch Aufbringen der metallischen Dünnschicht bzw. der metallischen Streifen mit einer vorbestimmten Dickenänderung vor der Diffusion. Obwohl als fotolithographische Technik die sogn. lift-off-Technik vorzugsweise vorgesehen i3t, kennen selbstverständlich auch andere fotolithographische Technologien verwendet werden, sofern sie ebenfalls den Metallstreifenniederschlag vor der Diffusion zulassen.

Weitere Anwendungsformen der Erfindung können noch stärker abstandsvariierte Gittertyp-FiIter umfassen, wie beispielsweise zur Verwendung für die Impulskompression bei einem Trillerimpuls. Für die Herstellung von noch komplizierteren Filtereigenschaften sei erwähnt, daß ein Gitterresonator aus zwei an den gegenüberliegenden Seiten eines Übertragers angeordneten, getrennten Gitterreflektoren sehr scharf definierte Pole und !nullstellen für eine zusammengesetzte Filtercharakteristik liefern kann. Einige dieser Resonatoren kön-

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nen beispielsweise in einem einzelnen Mlter verwendet werden«

In Analogie zu den Übertragungsgliedern nach Mgn. 3 und 4 kann anstelle eines Gitterreflektorresonators ein Körperwellen-Resonator auf einfache Weise dadurch hergestellt werden, daß ein Metall in einen vorbestimmten Volumenabschnitt eines Lithiumniobat- oder eines Lithiumtantalat-Kristalls im wesentlichen diskontinuierlich bezüglich des umgebenden und nicht-diffundierten Kristalls eindiffundiert wird. Ein wesentlicher Teil einer in diese Zons eintretenden akustischen 'Welle wird mehrfach reflektiert, bevor sie aus dieser Zone austritt.

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Claims

Patentansprüche

(a) einem Körper aus einem zur fortpflanzung von akustischen Wellen geeignetem kristallinen Material;

(b) einem Eingangsübertrager zur Einkopplung von akustischen Wellen in den kristallinen Körper;

(c)wenigstens einem Ausgangsübertrager zur Auskopplung von akustischen Wellen aus dem kristallinen Körper, ur.c.

(d) einer Zone zur Änderung der akustischen Wellengeschwindigkeit in dem Körper,

dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der akustischen Wellengeschwindigkeit ein Metall in dem Körper eindiffundiert ist.
2. Übertragungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Körper (16) aus Lithiumniobat besteht.

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"is"
3. Übertragungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Körper (16) aus Lithiumtantalat besteht.
4. Übertragungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Hetall Titan, Nickel oder Chrom vorgesehen ist.
5. Übertragungsglied nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i cch net, daß als Metall ein Übergangsmetall vorgesehen ist.
6. Übertragungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Zone ein lauster (22)-von im wesentlichen periodischen Streifen umfaßt, welche ein reflektierendes Gitter für akustische Wellen bildet.
7. Übertragungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Metall bis zu einer beträchtlichen Tiefe in den Körper (16) eindiffundiert ist, die jedoch kleiner als die akustische Wellenlänge ist,
8. Übertragungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zur gleichmäßigen Änderung der akustischen Wellengeschwindigkeit zwei voneinander beabstandete Zonen (64) vorgesehen sind, welche zwischen sich einen Leitungskanal (71) bilden.

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ι ^lfc ·*

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