专利名称：声光调制器件的制作方法
技术领域：
声光调制器件技术领域：
[0001]本实用新型涉及声光技术领域，尤其是一种用于调Q脉冲激光器的声光调制器件。背景技术：
[0002]声光调制是一种外调制技术，通常把控制激光束强度变化的声光器件称作声光调制器，传统声光调制器件，因采用金属薄膜材料作为键合层。[0003]如图I所示，为现有的一种声光调制器件结构示意图，由换能器Γ、声光介质 2，及驱动电源三部分组成，其中换能器包括压电材料101'、上表电极102'、下表电极 103'、键合层104'。具体为压电材料102'上下表面抛光并分别镀制金属薄膜作为上下表面电极，并且在下电极金属薄膜表面再镀制一层金属材料薄膜，如金、银、铟、或锡薄膜， 作为键合层，同时在声光介质材料202'上表面同样镀制一层金属薄膜作为键合层20Γ。 采用真空压焊或超声焊金属键合工艺将换能器Γ及声光介质2'金属键合层键合在一起，并配备驱动电源，由此组成完整的声光调制器件。[0004]该传统声光调制器件，因采用金属薄膜材料作为键合层，存在如下的缺点[0005]第一，键合时采用真空压焊，需在真空中加压，其键合工艺复杂，设备成本高昂；[0006]第二，超声波金属键合需辅以加热加压，由于金属膜层，压电材料，以及声光介质的热膨胀系数差异很大，键合后存在很大的应力，压电材料层容易开裂，极大影响了成品率，也降低了器件的可靠性；[0007]第三，键合层采用金属材料，因其声阻抗与声光介质差异较大，导致压电换能器产生的超声波在向声光介质传递的过程中损耗大。有的设计采用了多层不同金属膜结构来克服此点，但这种方法增加了工艺的复杂性，提高了声光调制器件的生产成本。
实用新型内容[0008]本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种声光调制器件，以二氧化硅材料作键合层，键合强度大、键合材料成本低廉、键合工艺简单。[0009]本实用新型是这样实现的一种声光调制器件，包括换能器和声光介质，所述换能器包括压电晶体，所述压电晶体的上表面镀制金属薄膜作为上电极，下表面依次镀制金属薄膜及二氧化娃薄膜分别作为下电极及第一键合层；所述声光介质包括声光介质材料层， 声光介质材料层的上表面具有包含二氧化娃材料的第二键合层；所述换能器与声光介质通过第一键合层与第二键合层键合成一体。[0010]进一步的，所述压电晶体是铌酸锂(LiNbO3)晶体、钽酸锂(LiTaO3)晶体、锗酸锂 (Li2GeO3)晶体、银酸钡钠(NaBa2Nb5O15)晶体或石英(SiO2)晶体。[0011]进一步的，所述声光介质材料层为玻璃类材质层时，所述第二键合层由该声光介质的上表面承担；所述声光介质材料层为非玻璃类材质层时，所述第二键合层由镀制在声光介质材料层上表面的二氧化硅薄膜承担。[0012]进一步的，所述玻璃类材质层为熔石英层、石英晶体层或重火石玻璃层；所述非玻璃类材质层为二氧化碲(TeO2)晶体层或钥酸铅(PbMoO4)层。[0013]进一步的，所述金属薄膜的是金膜、银膜、铜膜或铝膜。[0014]本实用新型具有如下优点[0015]I、不需要昂贵的真空压焊设备或金属超声波键合设备，也不需要繁杂的金属键合工艺，而仅用简单成熟的氢氧催化键合技术将换能器及声光介质键合成一体。工艺简单。[0016]2、键合层材料可由硅酸钠水溶液制备，相比常规金属键合使用的金、银、铟、锡等材料，本实用新型的键合材料成本低廉。[0017]3、米用催氧氢化键合技术,其键合强度远远大于金属键合强度(>100Kg/cm2),从而拓宽了声光调制器件使用范围，使其具有更高的可靠性，更长使用寿命。[0018]4、因键合层为二氧化硅薄膜或由包含二氧化硅的材料，其热膨胀系数与声光介质差异小，因此器件的键合应力小，可靠性好。[0019]5、因键合层为二氧化硅薄膜，其声阻抗与压电材料及声光介质非常接近，且该材料的声波的吸收系数比金属的声波的吸收系数小，因此从换能器发射出的超声波能以最小的损耗传输到声光介质中。
[0020]下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。[0021]图I为现有的声光调制器件结构示意图。[0022]图2为本实用新型声光调制器件结构示意图。[0023]图3为本实用新型声光调制器件换能器效率曲线与常规金属膜键合的声光调制器件换能器效率曲线的对比。
具体实施方式
[0024]如图2所示，本实用新型的声光调制器件，包括换能器I和声光介质2，所述换能器 I包括压电晶体101，所述压电晶体101的上表面镀制金属薄膜作为上电极102，下表面依次镀制金属薄膜及二氧化硅薄膜分别作为下电极103及第一键合层104 ;所述声光介质2包括声光介质材料层201,声光介质材料层201的上表面具有包含二氧化娃材料的第二键合层202 ;所述换能器I与声光介质2通过第一键合层104与第二键合层202键合成一体。[0025]所述压电晶体101是铌酸锂(LiNbO3)晶体、钽酸锂(LiTaO3)晶体、锗酸锂 (Li2GeO3)晶体、银酸钡钠(NaBa2Nb5O15)晶体或石英(SiO2)晶体。[0026]所述声光介质材料层201为玻璃类材质层时,所述第二键合层202由该声光介质2 的上表面承担；所述声光介质材料层201为非玻璃类材质层时，所述第二键合层202由镀制在声光介质材料层201上表面的二氧化硅薄膜承担。所述玻璃类材质层为熔石英层、石英晶体层或重火石玻璃层；所述非玻璃类材质层为二氧化碲(TeO2)晶体层或钥酸铅(PbMoO4) 层。所述金属薄膜的是金膜、银膜、铜膜或铝膜。[0027]本实新型的氢化催化键合工艺可包括如下步骤[0028]步骤I、键合液的配制取一份适量体积的硅酸钠水溶液，该硅酸钠水溶液成份为重量比10-14%的NaOH和25-30%的SiO2,再按体积比取2 6份的去离子水与硅酸钠水溶液混合摇匀，再用小于O. 2微米的微孔薄膜过滤器过滤后待用；[0029]步骤2、待键合的平片表面处理将待键合的平片的待键合面(包括压电晶体101 的上电极102的下表面和声光介质材料层201的上表面)抛光,面形优于λ/4,光洁度优于 60-40，粗糙度优于均方根2nm，并且在抛光表面上镀单层SiO2薄膜，制得第一键合层104和第二键合层202，当然，如果所述声光介质材料层201为玻璃类材质层时，所述第二键合层 202由该声光介质2的上表面承担，而无需再镀单层的SiO2薄膜；[0030]步骤3、待键合平片表面清洁镀膜后的待键合平片表面用酒精、乙醚按体积比I : I的溶液擦拭干净后等待键合；[0031]步骤4、平片键合先取第一待键合平片，使键合面朝上，吸取O. 4-1. O微升/平方厘米的键合液滴在晶片的键合面上，再取第二待键合平片，使该第二待键合平片的键合面朝下对准放置于第一待键合晶片的上表面上，再吸取O. 4-1. O微升/平方厘米的键合液滴在第二待键合平片的上表面上；[0032]步骤5、加压用夹具使键合片四边对齐，并在键合片的上下两表面上均匀地施加压力，压力范围在5-15Kg/cm2，室温下保持压力2 4小时；[0033]步骤6、热处理从加压夹具取出键合片，并放置炉内热处理100°C _200°C之间，至少24小时结束。[0034]以下是根据本实用新型制得的一实施例[0035]换能器采用36° -Y切铌酸锂(LiNbO3)晶体，尺寸为5X28. 5X0. 05mm3，并在上下两表面抛光，光洁度60-40 (美军标MIL-PRF-1383B)，粗糙度优于RMS2nm，平行度优于10弧秒，面形优于O. 5 λ。然后,在上抛光面上镀制300nm厚,长3mm,宽Imm的金膜,作为上电极， 在下抛光面上镀制300nm厚的金膜作为下电极，并且在下电极薄膜上再镀制50至IOOnm厚的单层二氧化硅薄膜作为键合层。[0036]声光介质米用X-切石英晶体作为声光介质材料层，尺寸为5X28. 5X 16mm3,并在键合面抛光，光洁度60-40 (美军标MIL-PRF-1383B)，粗糙度均方根值优于2nm，平行度优于 10弧秒，面形优于O. 5λ。因声光介质材料层为石英晶体层，材料组份与二氧化硅薄膜相同，因此声光介质抛光面可以直接用作键合层。[0037]换能器的二氧化硅键合层与声光介质二氧化硅键合层用氢氧催化键合技术键合成一体，并再与驱动电源连接，形成完整的声光调制器件。[0038]再如图3所示，将本实用新型声光调制器件换能器效率曲线(图中显示为实线)与常规金属膜键合的声光调制器件换能器效率曲线(图中显示为虚线)的对比，本实例声光调制器件的工作频率为80MHz，其3-dB带宽为46. 3MHz，与采用3um厚的铟作金属键合的声光调制器件接近，但本实例声光调制器件的换能器最低损耗仅为O. 08dB，器件性能明显优于金属键合的声光调制器件换能器O. 245dB的最低损耗值。[0039]虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式
，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。
权利要求1.一种声光调制器件，包括换能器和声光介质，其特征在于所述换能器包括压电晶体，所述压电晶体的上表面镀制金属薄膜作为上电极，下表面依次镀制金属薄膜及ニ氧化娃薄膜分别作为下电极及第一键合层；所述声光介质包括声光介质材料层，声光介质材料层的上表面具有包含ニ氧化娃材料的第二键合层；所述换能器与声光介质通过第一键合层与第二键合层键合成一体。
2.根据权利要求I所述的声光调制器件，其特征在于所述压电晶体是铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、锗酸锂晶体、银酸钡钠晶体或石英晶体。
3.根据权利要求I所述的声光调制器件，其特征在于所述声光介质材料层为玻璃类材质层时，所述第二键合层由该声光介质的上表面承担；所述声光介质材料层为非玻璃类材质层时，所述第二键合层由镀制在声光介质材料层上表面的ニ氧化娃薄膜承担。
4.根据权利要求3所述的声光调制器件，其特征在于所述玻璃类材质层为熔石英层、石 英晶体层或重火石玻璃层；所述非玻璃类材质层为ニ氧化碲晶体层或钥酸铅层。
5.根据权利要求I所述的声光调制器件，其特征在于所述金属薄膜的是金膜、银膜、铜膜或铝膜。
专利摘要本实用新型提供一种声光调制器件，包括换能器和声光介质，所述换能器包括压电晶体，所述压电晶体的上表面镀制金属薄膜作为上电极，下表面依次镀制金属薄膜及二氧化硅薄膜分别作为下电极及第一键合层；所述声光介质上表面具有包含二氧化硅材料的第二键合层；所述换能器与声光介质通过第一键合层与第二键合层键合成一体。本实用新型的声光调制器件，以二氧化硅材料作键合层，键合强度大、键合材料成本低廉、键合工艺简单。
文档编号G02F1/11GK202815365SQ20122036704
公开日2013年3月20日 申请日期2012年7月26日 优先权日2012年7月26日
发明者陈建林, 林玲 申请人:福建华科光电有限公司