[发明专利]磷酸钛氧化钾及其类似物中产生的表面掠射波

说明书

发明领域

本发明涉及使用晶体材料产生声波，特别涉及使用磷酸钛氧化钾(KTiOPO₄)及其类似物产生声波。

发明背景

自十九世纪中叶以来，人们就发现了也称为瑞利波的声表面波(SAW)。然而，直到很迟人们才第一次将SAW传播的现象应用于电子器件。本技术中所说的声波器件通常包括在其上以预定模式涂敷导电材料的基片。该构图的导电材料称作叉指换能器(即IDT)。R.M.White等在《应用物理快报》(Appl.Phys.Lett.)第七卷第12期第314-316页(1965年12月15日)中说明了作为一种有效的技术使用IDT在压电表面产生和检测表面声波。可以把IDT适当连接到电输入端上以便按声-光应用的要求改变晶体中的折射系数。例如，参见K.S.Buritskii等在《苏联技术物理快报》(Sov.Tech Phys.Lett.17(8))第563-565页(1991)和L.Kunn等在《应用物理快报17(6))》(Appl.Phys.Lett.17(6))(1970)第265-267页上的论文。在其他应用中，可以把在基片表面一端的IDT与频率波的源(例如，电视天线-无线电频率)相连，在基片表面的另一端的IDT可以与要接收的预定频率(如用于特殊电视频道的无线电频率)的设备相连。IDT的设计(即导电材料在特殊类型基片的表面上的模式)决定了如何来控制频率(例如，接收哪一个通道)。

要在给定晶体中产生的声波的类型取决于该晶体的压电-弹性-介质阵列(即PED)，而该阵列又取决于晶体结构。换句话说，并不是所有的材料都适于产生SAW，而适于产生SAW的材料可能不适用于产生其他类型的声波。基片的性质(例如晶体结构、晶体切割方向、传播方向)决定了要产生的声波类型、控制机制以及能控制多高的频率。

在本技术中已经知道使用能通过产生SAW来控制接收的无线电频率的基片的无线电频率控制器件。例如，R.S.Wagers等在《IEEE声学和超声学会刊》(IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics)第SU-31卷第3期第168-174页(1984年5月)公开了基于铌酸锂的SAW器件。在这些SAW器件中，由与无线电频率波源相连的IDT产生的SAW以大约3500米/秒的速度在沿Y轴切割的铌酸锂中传播。这使得可以将这些SAW器件用作无线电频率控制器，比如在传统电视中。

声波，而不是SAW，可以在大块晶体中产生。例如，数字推算和实验证明都说明在6mm或mm2的晶体对称中存在布鲁斯坦-格尔亚夫波(即B-G波)(例如参见J.L.Bleustein在《应用物理快报》(Appl.Phys.Lett.)第八卷第12期第412-413页(1968年12月15)和C.-C.Tseng在《应用物理快报》第16卷第6期第253-255页(1970年3月15日)的论文)；并且已发现表面掠射波(即SSBW)沿晶体表面传播并且逐渐地偏向晶体的深处传播。这些波(SSBW和B-G波)通常比常规表面声波传播的快。已经在钽酸锂和铌酸锂中产生了SSBW，其速度分别是大约4100米/秒和大约5100米/秒(参见MerionLewis等在《1977年超声能学研讨会会刊IEEE》(1977 UltrasonicsSymposium Proceedings IEEE)Cat#77CH 1264-1SU第744-752页)。已经在Bi₁₂GeO₂₉(即BGO)和Ba₂NaNb₅O₁₅(即BNN)中发现B-G波，其速度分别是1694m/sec和3267m/sec(参见C.-C.Tseng等在《应用物理快报》(App.Phys.Lett.)第16卷第6期第253-255页(1970年3月15日)的论文)。

因为众所周知磷酸钛氧化钾(即KTP)晶体具有高的非线性光学系数和对光损害的抵制，所以针对在声光器件中的应用考察了用铷调换KTP的SAW特性。K.S.Burtskii等在《电子学快报》(ElectronicsLetters)第27卷第21期第1896-1897(1991年10月10日)中讨论了在Rb：KTP(即通过在KTP单晶表面进行Rb离子交换所形成的扁形波导)中的SAW激发。在该波导中产生的SAW的速度大约为3900米/秒。Buritskii等在《苏联技术物理快报》(Sov.Tech.Phys.Lett)第17卷第8期第563-565(1991年8月)中讨论了使用Rb：KTP波导来制备平面型声光调制器。