JPS61132934A - 弾性表面波ビ−ム幅変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は弾性表面波ビーム幅変換器に関し、特に弾性表
面波のＡワー分布の均一性を維持してビーム幅変換を行
なうことのできる弾性表面波ビー幅変換器に関する。

〔従来の技術〕

近年、エラスチックコンボルバや音響光学素子における
信号処理手段として弾性表面波装置が広く利用される様
になってきている。そして、信号処理の性能を更に向上
させるため、弾性表面波を励振するためのすだれ状電極
の電極指の交差幅と伝搬せしめられる弾性表面波のビー
ム幅とを異ならしめることが要求されている。このため
Ｋ、弾性表面波ビーム幅変換器が使用される。

第４図及び第５図は従来使用されている弾性表導波ビー
ム幅変換器の一例を示す概略平面図であシ、これに基づ
きその一般的機能を説明する。

第４図の実施例はマルチストリップカプラ屋弾性表面波
ビーム幅変換器を示すものである。マルチス）　ＩＪッ
デカデラ型連弾性表面波ビーム幅変換器ついては、例え
ば Ｃ，Ｍａｅｒｆｉｅｌｄ　ａｎｄ　Ｇ、Ｗ、Ｆａｒｎｅ
ｌ、　”　ＮｏｎｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌＭｕｌｔｉｓ
ｔｒｌｐ　Ｃｏｕｐｌｅｒ　ａｓ　ａ　５ｕｒｆａｅｅ
　Ｗａｖｅ　Ｂ＠ａｍＣｏｍｐｒｓｓｓｏ、ｒ　ｏｆ　
Ｌａｒｇ＠Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　、　−Ｅ１ｅｃｔｒｏ
ｎ１ｃｓＬ＠ｔｔ＠ｒｓ、Ｎ’ｏ１．９＋Ａ１８．ｐ−
４３２，１９７３に詳しく述べられている。第４図にお
いて、３がマルチストリップカプラ型ビーム幅変換器で
あシ、はぼ平行に配列された多数のストリップを基板上
に形成したものからなる。ｌはビーム幅変換器３に入射
する弾性表面波であシ、そのビーム幅はＬＡである。一
方、２はビーム幅変換器から出射する弾性表面波であシ
、そのビーム幅はり、である。

弾性表面波１が入射する部分のストリップはほぼＬＡの
長さを有し、弾性表面波２の出射する部分のストリップ
はｔミぼり、の長さを有する。ここで、弾性表面波１０
入射部分と弾性表面波２の出射部分とのストリップ線幅
及び長さとストリップの本数とを適宜設定するととくよ
）、ビーム幅変換動作を低損失で行なわしめることがで
きる。

第５図の実施例は誘電体薄膜弾性表面波導波路を用いた
ホーン型弾性表面波ビーム幅変換器を示すものである。

＄５図において、４がホーン型弾性表面波ビーム幅変換
器であル、はぼ台形状の誘電体薄膜を基板上に形成した
ものからなる。弾性表面波１が入射する部分（入射端面
）の長さは入射弾性表面波のビーム幅にほぼ等しく且つ
出射弾性表面波２のは該弾性表面波２の出射部分（出射
端面）の長さとほぼ等しい。即ち、ビーム幅変換器４に
入射し九弾性表面波は該変換器中を伝搬するに従いその
ビーム幅が徐々に減少せしめられるのである。

〔発明が解決しよ５とする問題点〕 これらのビーム幅変換器は高効率のビーム幅変換器とし
て有効なものである。しかしながら、マルチストリップ
カプラ屋弾性表面波ビーム幅変換器はストリップ線幅に
よって上限周波数が決まるが、ストリップ線幅は加工技
術上の理由によシあまシ細ぐする仁とはできないため使
用し得る周波数が制限されるとい５問題点がある。また
、誘電体薄膜弾性表面波導波路を用いたホーン型弾性表
面波ビーム幅変換器はビーム幅を縮小するには有効であ
るがビーム幅を拡大する場合には拡大後のビームのパワ
〜がビーム中央部付近に集中してしまい一様なｔ４ワー
分布の出射弾性表面波を得ることができないという問題
点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、上記の様々従来技術の問題点を解決す
るため、基板上に弾性表面波の伝搬方向に沿って幅の変
化している薄膜弾性表面波導波路が形成されておシ、入
射弾性表面波のビーム幅と異なるビーム幅の弾性表面波
を出射せしめる弾性表面波ビーム幅変換器において、弾
性表面波導波薄膜の膜厚を、弾性表面波の伝搬方向と直
角の方向に変化させたことを特徴とする、弾性表面波ビ
ーム幅変換器が提供される。　　。

〔作　用〕

本発明の弾性表面波ビーム幅変換器においては、ビーム
幅の変換された後の弾性表面波はノーワー分布の不均一
性が極力少い状態にすることができる。

〔実施例〕

圧電基板上に誘電体薄膜を形成した弾性表面波材料につ
いては例えば−例として 古川、森泉、木釘、申出 ”　ＬＩＮｂＯ，、ｌ−ｌＴａＯ３および５１０２　を
用いた多層構造弾性表面波素子の特性”、音響学会誌、
３６，７゜Ｐ３５０〜３５６（昭５５−０７） に詳述されている。それによれば適当な種類、切断面、
伝搬方向の圧電基板に、該圧電基板よシ弾性表面波速度
の遅い誘電体膜を付着させた材料の弾性表面波速度は誘
電体膜厚をｈ１弾性表面波の波長をλとするとｈ／λの
関数となシ、かつ適当な範囲のｈ／λに対しては、ｈ／
λが増加すると弾性表面波速度は減少する。かかる材料
において弾性表面波伝搬方向と直角な方向に誘電体膜厚
が変化していると、弾性表面波はその同−波面上での位
相速度の相違によシ、伝搬方向が音速の遅い方向、すな
わち誘電体膜厚の厚い方向へと偏向される。

本発明は以上のよ５な性質を利用して、ノ苧ワー分布の
不均一性の極力少ない弾性表面波を出射する弾性表面波
ビーム幅変換器を実現するものである。

第１図（、）は本発明の弾性表面波ビーム幅変換器の第
１実施例を示す概略平面図である。

第１図（、）において、５が弾性表面波ビーム幅変換器
であシ、誘電体薄膜を基板上に形成したものからなる。

基板としてはたとえばＬｉＮｂＯ２等の圧電結晶が用い
られ、誘電体薄膜としては九とえば５ｊ０２かうなる。

第１図（ｂ）は弾性表面波ビーム幅変換器５０Ｃ−Ｃ’
面における断面図を示したものである。ｔａ１図（ｂ）
において７は誘電体薄膜でろ）、８は基板である。

第１図（ｂ）を見てわかるように、該ビーム幅変換器５
は弾性表面波の伝搬方向と直角の方向に膜厚を変化させ
ている。また該ビーム幅変換器５はＣ−Ｃ’断面図と同
様な断面形状をＡ　−Ａ’　＊　Ｂ　−Ｂ’　ｔ　Ｄ　
−Ｄ’。

Ｅ−１’断面においても持っている・ ｌＸ１図（１）ｋおいて１はビーム幅しムの入射弾性表
面波であ）、２はビーム幅Ｌ１の出射弾性表面波である
。また６は弾性表面波ビーム幅変換器５中を伝搬する弾
性表面波の波面である。

ｆｔ１図（ａ）　ｋおいて入射弾性表面波１は弾性表面
波ビーム幅変換器５０入射端ム−Ａ′よシ入射し、該ビ
ーム幅変換器５の誘電体薄膜中を伝搬し出射端Ｂ−Ｅ’
よシ出射弾性表面波２となって出射する。

このとき、仮に該ビーム幅変換器５の誘電体薄膜が、第
１図（ｂ）のよ５な膜厚分布をもたず、膜厚一定である
場合には、従来例で説明したように１弾性表面波ビーム
は拡大後一様な／４４ワ一布をもたず、中央付近く集中
し丸形となる。

本実施例では該ビーム幅変換器５が膜厚分布をもってい
るので、ビーム幅変換器５中を伝搬する弾性表面波は前
記したよ５に伝搬方向が膜厚の厚い方向へと偏向される
。ζζで弾性表面波ビーム幅変換器５の全面にわたる膜
厚分布を望ましい形状に作成すれば、弾性表面波伝搬方
向の偏向は、弾性表面波が該ビーム幅変換器５の中で伝
搬方向と直角方向に一様のパワー分布を持ちつづけるよ
５に行なわれ、弾性表面波が出射端Ｅ−Ｅ’よシ放射さ
れてビーム幅ＬＢなる出射弾性表面波２となった後も一
様な・４ワ一分布をもつ結果となる。

第２図（ａ）は本発明の弾性表面波ビーム幅変換器の第
２実施例を示す概略平面図である。

第２図（ｂ）は該ビーム幅変換器９のＨ−Ｈ’における
断面形状である。

また！２図（６）　、　（ｄ）　、　（ｓ）　、　（ｆ
）　、　（ｇ）はそれぞれ第２図（ａ）　ＫおけるＡ−
Ａ’、　Ｂ−Ｂ’、　Ｃ−Ｃ’、　Ｄ−Ｄ’。

Ｅ−Ｅ’における断面形状であシ、第２図（ｂ）を見れ
ばわかるようにこれらの断面の間では誘電体膜厚は連続
的に変化している。第１実施例では、弾性表面波ビーム
幅変換器５中の弾性表面波６は伝搬速度がビーム中心付
近では速くビームの両端付近では遅いので、導波路中を
伝搬するに従い射出弾性表面波２が円弧状になるような
波面の乱れを生ずる。

本実施例では、かかる波面の乱れを、さらに誘電体膜厚
の導波方向の変化によって補正しようとするものである
。すなわち、弾性表面波ビーム幅変換器９に入射した弾
性表面波はＢ　−Ｂ’付近の誘電体膜厚の分布によシビ
ーム両端付近くパワーが多く分布しビームの中心付近の
波面が進んだ弾性表面波となる。その後、該弾性表面波
はＤ−Ｄ’付近でＢ　−Ｂ’付近とは逆の形状をもった
誘電°体膜厚分布によシ、ノｆワー分布が一様でなおか
つ波面の揃った弾性表面波に整形された後、弾性表面波
ビーム幅変換器の端面Ｅ　−１’よシ出射される。Ｋ２
図（ａ）　Ｋは破線６でその波面の変化の様子を示した
。

Ｗ、３図（ａ）は本発明の第３実施例を示す概略平面図
である。

第３図（ｂ）　、　（ｅ）はそれぞれ第３図（ａ）　Ｉ
ｃおけるＨ−Ｈ’。

Ｉ−Ｉ’ｌＣおける断面図である。

８３図（−）においてＡ−Ａ’からＥ−Ｅ’の部分は第
１図あるいは第２図に示した実施例と同一のものとする
。第１および第２実施例は入射端面Ｘ　−Ｘ’および出
射端面Ｙ−Ｙ’に不連続な段差があシ、ここで弾性表面
波の反射を生ずるので、弾性表面波の損失が問題となる
用途には好ましくない場合がある。本実施例は、弾性表
面波の入射端面及び出射端間に弾性表面波の伝搬方向く
そって誘電体膜厚が画壇あるいは漸減するくさび状断面
の領域を設けることによって、かかる反射をはるかに軽
減せしめるものである。

本発明は前記の実施例に限らず種々の変形が可能である
。

例えば、前記実施例では弾性表面波ビーム幅を拡大する
場合についてのみ述べたが、弾性表面波ビーム幅を縮小
する場合にも、本発明によるビーム幅変換器の実現が可
能である。また伝搬方向と平行あるいは直角な方向の誘
電体膜厚分布も、実施例に示した形態に限らず、さまざ
まな分布の形態が考えられる。

更に１前記の実施例では、弾性表面波導波薄膜として誘
一体薄膜を用いた例のみ示したが、Ａｔ等の金属からな
る金属薄膜等の弾性表面波ビーム幅変換器でも本発明の
適用が可能である。

また、本発明は、圧電基板上に光導波路を設け、該光導
波路中を伝搬する光束と、弾性表面波とく相互作用を生
ぜしめる、いわゆる音響光学装置において性能向上の為
に弾性表面波のビーム幅を変換する場合に特に有効であ
るが、かかる用途に用いた場合にも本発明の範囲に含ま
れることは明らかである。

〔発明の効果〕

以上の様な本発明の弾性表面波ビーム幅変換器を用いれ
ば、マルチストリッデカデ２型に比べ広い周波数範囲で
、ノーワー分布の均一性のよい状態で、弾性表面波ビー
ム幅を変換せしめることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（、）　、第２図（ａ）、第３図（＆）は本発明
の弾性表面波ビーム幅変換器の概略平面図である。 第１図（ｂ）は第１図（、）のＣ−Ｃ’断面図である。 第２図（ｂ）は第２図（、）のＨ−Ｈ’断面図である。 第２図（ｃ＋）　、　（ｄ）　、　（ｅ）　、　（ｆ）
　、　（ｇ）は第２図（、）のそれぞれＡ−Ａ’、Ｂ−
Ｂ’、Ｃ−Ｃ’、Ｄ−Ｄ”、Ｅ−Ｅ’断面図である。 第３図（ｂ）　、　（ｅ）は第３図（、）のそれぞれＨ
−Ｈ’。 ！−Ｉ′断面図である。 第４図及び第５図は従来の弾性表面波ビーム幅変換器の
概略平面図である。 １・・・入射弾性表面波、２・・・出射弾性表面波、３
・・・マルチストリップカプラ、４，５，９．１０・・
・誘電体薄膜弾性表面波ビーム幅変換器、６・・・誘電
体薄膜中の弾性表面波、７・・・誘電体薄膜、８・・・
基板。 代　理　人　　弁理士　山　　下　　穣　　子弟１図 （ｂ） −ト ＜　　　　　　　Ｇ）　　　　　　　（Ｊ第３図 （Ｇ） （ｂ） （Ｃ） 第４図 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に弾性表面波の伝搬方向に沿つて幅の変化
   している薄膜弾性表面波導波路が形成されており、入射
   弾性表面波のビーム幅と異なるビーム幅の弾性表面波を
   出射せしめる弾性表面波ビーム幅変換器において、該ビ
   ーム幅変換器の弾性表面波導波薄膜の膜厚を、弾性表面
   波が伝搬する方向と直角の方向に変化せしめたことを特
   徴とする弾性表面波ビーム幅変換器。
2. （２）前記弾性表面波導波薄膜の膜厚を弾性表面波の伝
   搬方向と平行な方向に変化せしめた特許請求の範囲第１
   項記載の弾性表面波ビーム幅変換器。
3. （３）弾性表面波ビーム幅変換器の導波薄膜の弾性表面
   波入射端面および／あるいは弾性表面波出射端面は、弾
   性表面波の伝搬方向と平行な方向にそって弾性表面波導
   波薄膜の膜厚がそれぞれ漸増あるいは漸減する形状の断
   面を有する特許請求の範囲第２項記載の弾性表面波ビー
   ム幅変換器。
4. （４）弾性表面波導波薄膜が誘電体からなる、特許請求
   の範囲第１項記載の弾性表面波ビーム幅変換器。