專利名稱：聲光調(diào)制器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
聲光調(diào)制器件技術(shù)領(lǐng)域：
[0001]本實(shí)用新型涉及聲光技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于調(diào)Q脈沖激光器的聲光調(diào)制器件。背景技術(shù)：
[0002]聲光調(diào)制是一種外調(diào)制技術(shù)，通常把控制激光束強(qiáng)度變化的聲光器件稱作聲光調(diào)制器，傳統(tǒng)聲光調(diào)制器件，因采用金屬薄膜材料作為鍵合層。[0003]如圖I所示，為現(xiàn)有的一種聲光調(diào)制器件結(jié)構(gòu)示意圖，由換能器Γ、聲光介質(zhì) 2，及驅(qū)動電源三部分組成，其中換能器包括壓電材料101'、上表電極102'、下表電極 103'、鍵合層104'。具體為壓電材料102'上下表面拋光并分別鍍制金屬薄膜作為上下表面電極，并且在下電極金屬薄膜表面再鍍制一層金屬材料薄膜，如金、銀、銦、或錫薄膜， 作為鍵合層，同時在聲光介質(zhì)材料202'上表面同樣鍍制一層金屬薄膜作為鍵合層20Γ。 采用真空壓焊或超聲焊金屬鍵合工藝將換能器Γ及聲光介質(zhì)2'金屬鍵合層鍵合在一起，并配備驅(qū)動電源，由此組成完整的聲光調(diào)制器件。[0004]該傳統(tǒng)聲光調(diào)制器件，因采用金屬薄膜材料作為鍵合層，存在如下的缺點(diǎn)[0005]第一，鍵合時采用真空壓焊，需在真空中加壓，其鍵合工藝復(fù)雜，設(shè)備成本高昂；[0006]第二，超聲波金屬鍵合需輔以加熱加壓，由于金屬膜層，壓電材料，以及聲光介質(zhì)的熱膨脹系數(shù)差異很大，鍵合后存在很大的應(yīng)力，壓電材料層容易開裂，極大影響了成品率，也降低了器件的可靠性；[0007]第三，鍵合層采用金屬材料，因其聲阻抗與聲光介質(zhì)差異較大，導(dǎo)致壓電換能器產(chǎn)生的超聲波在向聲光介質(zhì)傳遞的過程中損耗大。有的設(shè)計(jì)采用了多層不同金屬膜結(jié)構(gòu)來克服此點(diǎn)，但這種方法增加了工藝的復(fù)雜性，提高了聲光調(diào)制器件的生產(chǎn)成本。
實(shí)用新型內(nèi)容[0008]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題，在于提供一種聲光調(diào)制器件，以二氧化硅材料作鍵合層，鍵合強(qiáng)度大、鍵合材料成本低廉、鍵合工藝簡單。[0009]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的一種聲光調(diào)制器件，包括換能器和聲光介質(zhì)，所述換能器包括壓電晶體，所述壓電晶體的上表面鍍制金屬薄膜作為上電極，下表面依次鍍制金屬薄膜及二氧化娃薄膜分別作為下電極及第一鍵合層；所述聲光介質(zhì)包括聲光介質(zhì)材料層， 聲光介質(zhì)材料層的上表面具有包含二氧化娃材料的第二鍵合層；所述換能器與聲光介質(zhì)通過第一鍵合層與第二鍵合層鍵合成一體。[0010]進(jìn)一步的，所述壓電晶體是鈮酸鋰(LiNbO3)晶體、鉭酸鋰(LiTaO3)晶體、鍺酸鋰 (Li2GeO3)晶體、銀酸鋇鈉(NaBa2Nb5O15)晶體或石英(SiO2)晶體。[0011]進(jìn)一步的，所述聲光介質(zhì)材料層為玻璃類材質(zhì)層時，所述第二鍵合層由該聲光介質(zhì)的上表面承擔(dān)；所述聲光介質(zhì)材料層為非玻璃類材質(zhì)層時，所述第二鍵合層由鍍制在聲光介質(zhì)材料層上表面的二氧化硅薄膜承擔(dān)。[0012]進(jìn)一步的，所述玻璃類材質(zhì)層為熔石英層、石英晶體層或重火石玻璃層；所述非玻璃類材質(zhì)層為二氧化碲(TeO2)晶體層或鑰酸鉛(PbMoO4)層。[0013]進(jìn)一步的，所述金屬薄膜的是金膜、銀膜、銅膜或鋁膜。[0014]本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)[0015]I、不需要昂貴的真空壓焊設(shè)備或金屬超聲波鍵合設(shè)備，也不需要繁雜的金屬鍵合工藝，而僅用簡單成熟的氫氧催化鍵合技術(shù)將換能器及聲光介質(zhì)鍵合成一體。工藝簡單。[0016]2、鍵合層材料可由硅酸鈉水溶液制備，相比常規(guī)金屬鍵合使用的金、銀、銦、錫等材料，本實(shí)用新型的鍵合材料成本低廉。[0017]3、米用催氧氫化鍵合技術(shù),其鍵合強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于金屬鍵合強(qiáng)度(>100Kg/cm2),從而拓寬了聲光調(diào)制器件使用范圍，使其具有更高的可靠性，更長使用壽命。[0018]4、因鍵合層為二氧化硅薄膜或由包含二氧化硅的材料，其熱膨脹系數(shù)與聲光介質(zhì)差異小，因此器件的鍵合應(yīng)力小，可靠性好。[0019]5、因鍵合層為二氧化硅薄膜，其聲阻抗與壓電材料及聲光介質(zhì)非常接近，且該材料的聲波的吸收系數(shù)比金屬的聲波的吸收系數(shù)小，因此從換能器發(fā)射出的超聲波能以最小的損耗傳輸?shù)铰暪饨橘|(zhì)中。
[0020]下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。[0021]圖I為現(xiàn)有的聲光調(diào)制器件結(jié)構(gòu)示意圖。[0022]圖2為本實(shí)用新型聲光調(diào)制器件結(jié)構(gòu)示意圖。[0023]圖3為本實(shí)用新型聲光調(diào)制器件換能器效率曲線與常規(guī)金屬膜鍵合的聲光調(diào)制器件換能器效率曲線的對比。
具體實(shí)施方式
[0024]如圖2所示，本實(shí)用新型的聲光調(diào)制器件，包括換能器I和聲光介質(zhì)2，所述換能器 I包括壓電晶體101，所述壓電晶體101的上表面鍍制金屬薄膜作為上電極102，下表面依次鍍制金屬薄膜及二氧化硅薄膜分別作為下電極103及第一鍵合層104 ;所述聲光介質(zhì)2包括聲光介質(zhì)材料層201,聲光介質(zhì)材料層201的上表面具有包含二氧化娃材料的第二鍵合層202 ;所述換能器I與聲光介質(zhì)2通過第一鍵合層104與第二鍵合層202鍵合成一體。[0025]所述壓電晶體101是鈮酸鋰(LiNbO3)晶體、鉭酸鋰(LiTaO3)晶體、鍺酸鋰 (Li2GeO3)晶體、銀酸鋇鈉(NaBa2Nb5O15)晶體或石英(SiO2)晶體。[0026]所述聲光介質(zhì)材料層201為玻璃類材質(zhì)層時,所述第二鍵合層202由該聲光介質(zhì)2 的上表面承擔(dān)；所述聲光介質(zhì)材料層201為非玻璃類材質(zhì)層時，所述第二鍵合層202由鍍制在聲光介質(zhì)材料層201上表面的二氧化硅薄膜承擔(dān)。所述玻璃類材質(zhì)層為熔石英層、石英晶體層或重火石玻璃層；所述非玻璃類材質(zhì)層為二氧化碲(TeO2)晶體層或鑰酸鉛(PbMoO4) 層。所述金屬薄膜的是金膜、銀膜、銅膜或鋁膜。[0027]本實(shí)新型的氫化催化鍵合工藝可包括如下步驟[0028]步驟I、鍵合液的配制取一份適量體積的硅酸鈉水溶液，該硅酸鈉水溶液成份為重量比10-14%的NaOH和25-30%的SiO2,再按體積比取2 6份的去離子水與硅酸鈉水溶液混合搖勻，再用小于O. 2微米的微孔薄膜過濾器過濾后待用；[0029]步驟2、待鍵合的平片表面處理將待鍵合的平片的待鍵合面(包括壓電晶體101 的上電極102的下表面和聲光介質(zhì)材料層201的上表面)拋光,面形優(yōu)于λ/4,光潔度優(yōu)于 60-40，粗糙度優(yōu)于均方根2nm，并且在拋光表面上鍍單層SiO2薄膜，制得第一鍵合層104和第二鍵合層202，當(dāng)然，如果所述聲光介質(zhì)材料層201為玻璃類材質(zhì)層時，所述第二鍵合層 202由該聲光介質(zhì)2的上表面承擔(dān)，而無需再鍍單層的SiO2薄膜；[0030]步驟3、待鍵合平片表面清潔鍍膜后的待鍵合平片表面用酒精、乙醚按體積比I : I的溶液擦拭干凈后等待鍵合；[0031]步驟4、平片鍵合先取第一待鍵合平片，使鍵合面朝上，吸取O. 4-1. O微升/平方厘米的鍵合液滴在晶片的鍵合面上，再取第二待鍵合平片，使該第二待鍵合平片的鍵合面朝下對準(zhǔn)放置于第一待鍵合晶片的上表面上，再吸取O. 4-1. O微升/平方厘米的鍵合液滴在第二待鍵合平片的上表面上；[0032]步驟5、加壓用夾具使鍵合片四邊對齊，并在鍵合片的上下兩表面上均勻地施加壓力，壓力范圍在5-15Kg/cm2，室溫下保持壓力2 4小時；[0033]步驟6、熱處理從加壓夾具取出鍵合片，并放置爐內(nèi)熱處理100°C _200°C之間，至少24小時結(jié)束。[0034]以下是根據(jù)本實(shí)用新型制得的一實(shí)施例[0035]換能器采用36° -Y切鈮酸鋰(LiNbO3)晶體，尺寸為5X28. 5X0. 05mm3，并在上下兩表面拋光，光潔度60-40 (美軍標(biāo)MIL-PRF-1383B)，粗糙度優(yōu)于RMS2nm，平行度優(yōu)于10弧秒，面形優(yōu)于O. 5 λ。然后,在上拋光面上鍍制300nm厚,長3mm,寬Imm的金膜,作為上電極， 在下拋光面上鍍制300nm厚的金膜作為下電極，并且在下電極薄膜上再鍍制50至IOOnm厚的單層二氧化硅薄膜作為鍵合層。[0036]聲光介質(zhì)米用X-切石英晶體作為聲光介質(zhì)材料層，尺寸為5X28. 5X 16mm3,并在鍵合面拋光，光潔度60-40 (美軍標(biāo)MIL-PRF-1383B)，粗糙度均方根值優(yōu)于2nm，平行度優(yōu)于 10弧秒，面形優(yōu)于O. 5λ。因聲光介質(zhì)材料層為石英晶體層，材料組份與二氧化硅薄膜相同，因此聲光介質(zhì)拋光面可以直接用作鍵合層。[0037]換能器的二氧化硅鍵合層與聲光介質(zhì)二氧化硅鍵合層用氫氧催化鍵合技術(shù)鍵合成一體，并再與驅(qū)動電源連接，形成完整的聲光調(diào)制器件。[0038]再如圖3所示，將本實(shí)用新型聲光調(diào)制器件換能器效率曲線(圖中顯示為實(shí)線)與常規(guī)金屬膜鍵合的聲光調(diào)制器件換能器效率曲線(圖中顯示為虛線)的對比，本實(shí)例聲光調(diào)制器件的工作頻率為80MHz，其3-dB帶寬為46. 3MHz，與采用3um厚的銦作金屬鍵合的聲光調(diào)制器件接近，但本實(shí)例聲光調(diào)制器件的換能器最低損耗僅為O. 08dB，器件性能明顯優(yōu)于金屬鍵合的聲光調(diào)制器件換能器O. 245dB的最低損耗值。[0039]雖然以上描述了本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，我們所描述的具體的實(shí)施例只是說明性的，而不是用于對本實(shí)用新型的范圍的限定，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在依照本實(shí)用新型的精神所作的等效的修飾以及變化，都應(yīng)當(dāng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求所保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種聲光調(diào)制器件，包括換能器和聲光介質(zhì)，其特征在于所述換能器包括壓電晶體，所述壓電晶體的上表面鍍制金屬薄膜作為上電極，下表面依次鍍制金屬薄膜及ニ氧化娃薄膜分別作為下電極及第一鍵合層；所述聲光介質(zhì)包括聲光介質(zhì)材料層，聲光介質(zhì)材料層的上表面具有包含ニ氧化娃材料的第二鍵合層；所述換能器與聲光介質(zhì)通過第一鍵合層與第二鍵合層鍵合成一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聲光調(diào)制器件，其特征在于所述壓電晶體是鈮酸鋰晶體、鉭酸鋰晶體、鍺酸鋰晶體、銀酸鋇鈉晶體或石英晶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聲光調(diào)制器件，其特征在于所述聲光介質(zhì)材料層為玻璃類材質(zhì)層時，所述第二鍵合層由該聲光介質(zhì)的上表面承擔(dān)；所述聲光介質(zhì)材料層為非玻璃類材質(zhì)層時，所述第二鍵合層由鍍制在聲光介質(zhì)材料層上表面的ニ氧化娃薄膜承擔(dān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聲光調(diào)制器件，其特征在于所述玻璃類材質(zhì)層為熔石英層、石 英晶體層或重火石玻璃層；所述非玻璃類材質(zhì)層為ニ氧化碲晶體層或鑰酸鉛層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聲光調(diào)制器件，其特征在于所述金屬薄膜的是金膜、銀膜、銅膜或鋁膜。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種聲光調(diào)制器件，包括換能器和聲光介質(zhì)，所述換能器包括壓電晶體，所述壓電晶體的上表面鍍制金屬薄膜作為上電極，下表面依次鍍制金屬薄膜及二氧化硅薄膜分別作為下電極及第一鍵合層；所述聲光介質(zhì)上表面具有包含二氧化硅材料的第二鍵合層；所述換能器與聲光介質(zhì)通過第一鍵合層與第二鍵合層鍵合成一體。本實(shí)用新型的聲光調(diào)制器件，以二氧化硅材料作鍵合層，鍵合強(qiáng)度大、鍵合材料成本低廉、鍵合工藝簡單。
文檔編號G02F1/11GK202815365SQ20122036704
公開日2013年3月20日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者陳建林, 林玲 申請人:福建華科光電有限公司