專利名稱：外差式聲光頻譜儀芯片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為外差式聲光頻譜儀芯片的制備方法，所屬領(lǐng)域?yàn)楣怆娮訉W(xué)信息處理，集成光學(xué)。
專利申請(qǐng)之前與本發(fā)明有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的電子支援措施中，聲光頻譜分析器作為關(guān)鍵的接收技術(shù)，日益受到重視。在現(xiàn)代雷達(dá)信號(hào)擁擠的環(huán)境下，它能滿足戰(zhàn)場(chǎng)上電子對(duì)抗對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理要求。它具有覆蓋域?qū)?，截獲幾率高，結(jié)構(gòu)小，等優(yōu)點(diǎn)，可裝備在飛機(jī)和衛(wèi)星上用于軍事偵查和天體電磁輻射接收等。
美國，西歐，日本，俄羅斯，加拿大等國家都開展了有關(guān)研究工作，所用材料工藝不盡相同，結(jié)構(gòu)也不同。其中美國Hughes Aircraft Con.和Wstinghouse Con.研制的樣機(jī)比較成熟，1988年報(bào)導(dǎo)帶寬為400-600MHz，分辯率為4MHZ。進(jìn)入90年代后，為了提高集成光學(xué)頻譜分析器的動(dòng)態(tài)范圍許多國家對(duì)外差式集成光學(xué)頻譜分析器進(jìn)行了系列研究試驗(yàn)。
國外報(bào)道的已有外差式集成光學(xué)聲光頻譜分析器(IOAOSA)的研究樣機(jī)，其參考光束是由發(fā)散光柵透鏡提供的，制備技術(shù)難度較大，插入損耗較高，使參考光較弱，信號(hào)探測(cè)困難。
集成光學(xué)聲光頻譜分析器是用于現(xiàn)代電子戰(zhàn)中電子對(duì)抗時(shí)，對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理的設(shè)備，與相應(yīng)的電子計(jì)算機(jī)方法相比，具有體積小，速度快，堅(jiān)固等優(yōu)點(diǎn)。特別適用于機(jī)載應(yīng)用。國內(nèi)外，已進(jìn)行過多年研究。有的體波AOSA(聲光頻譜分析器)已經(jīng)用在飛機(jī)上。體波AOSA的缺點(diǎn)是體積較大。用集成光學(xué)聲光頻譜分析器代替體波AOSA，國內(nèi)外已進(jìn)行了多年研究。由于一般聲光頻譜分析器動(dòng)態(tài)范圍小，不能完全滿足實(shí)戰(zhàn)要求。所以，研制一種動(dòng)態(tài)范圍大的外差式IOAOSA，一直是國內(nèi)外研究目標(biāo)。美國Tsai等研制了一種IOAOSA模型，其參考光束是由光柵式發(fā)散透鏡提供的。據(jù)報(bào)道其動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)到45分貝以上。但是，這種光柵發(fā)散透鏡制備技術(shù)難度大，光柵的插入損耗較大，提供的參考光束弱，探測(cè)較困難。
本發(fā)明的目的就是要克服這一缺點(diǎn)。提供一種新型外差式IOAOSA集成光學(xué)芯片的制備方法，制成集成光學(xué)外差式頻譜分析器。具有制備技術(shù)簡(jiǎn)單，參考光束信號(hào)強(qiáng)，容易探測(cè)外差信號(hào)，動(dòng)態(tài)范圍大的優(yōu)點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的所采取的技術(shù)方案本發(fā)明集成光學(xué)外差式聲光頻譜分析器主要包括IOAOSA芯片和信號(hào)接收，放大，換能器驅(qū)動(dòng)，光電接收信號(hào)的放大，存儲(chǔ)和顯示，打印等部分。
集成光學(xué)芯片結(jié)構(gòu)如附圖1所示。芯片的工作原理是激光器耦合入波導(dǎo)的激光由第一個(gè)短程透鏡2準(zhǔn)直為平行光束，它與叉指換能器4產(chǎn)生的聲表面渡4相互作用，發(fā)生Bragg衍射，最大衍射效率為50％；透射光束又與第二個(gè)叉指換能器5產(chǎn)生的聲表面波5相互作用發(fā)生Bragg衍射。由于兩個(gè)換能器的結(jié)構(gòu)相同，位置平行，使兩束衍射光束相互平行；但由于兩束入射光束與聲表面波波矢方向的夾角相差180度，使第一衍射光束的頻率為ω/2π+f，而第二衍射光束的頻率為ω/2π-f。這兩束光被短程透鏡會(huì)聚在端面(焦面)上的同一點(diǎn)，在二極管陣列的一個(gè)單元上產(chǎn)生外差頻率為2f的電信號(hào)輸出。由于二極管單元輸出的是外差信號(hào)，因此其動(dòng)態(tài)范圍比通常非外差探測(cè)的CCD接收的AOSA得以大幅度地提高。
系統(tǒng)工作原理是(見附圖2)由天線接收的信號(hào)經(jīng)混頻，放大，和功放后通過匹配網(wǎng)絡(luò)加到兩個(gè)叉指換能器上，在波導(dǎo)表面產(chǎn)生傳輸方向相反的兩束聲表面波，半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光經(jīng)IOAOSA芯片處理后，二極管陣列輸出信號(hào)經(jīng)過放大和A/D轉(zhuǎn)換輸入電腦處理后，顯示系統(tǒng)顯示雷達(dá)信號(hào)的頻譜，頻譜以垂線表示，其橫坐標(biāo)表示頻譜的頻率，高度表示頻率分量的大小?？稍陲@示屏上顯示頻率數(shù)值和振幅大小。
IOAOSA芯片采取以下方法制備首先在LiNbO3村底上，用單點(diǎn)金剛石超精切削機(jī)床超精加工兩個(gè)非球面短程透鏡凹面，再對(duì)凹面進(jìn)行精密拋光，超聲清洗；第二步在樣品表面高頻濺射600-700nm的Ti膜，于1000-1100攝氏度下擴(kuò)散8-12小時(shí)，制成Ti-LiNbO3波導(dǎo)，然后對(duì)波導(dǎo)兩個(gè)端面精密拋光；第三步用等離子蝕刻法干法光刻換能器鋁電極；最后，把半導(dǎo)體激光器和二極管陣列分別對(duì)接在渡導(dǎo)的兩個(gè)端面；發(fā)明創(chuàng)造的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明創(chuàng)造不僅具有一般AOSA的覆蓋域?qū)?，截獲幾率高，體積結(jié)構(gòu)小，速度快等優(yōu)點(diǎn)，特別是具有動(dòng)態(tài)范圍大的優(yōu)點(diǎn)，能滿足實(shí)戰(zhàn)環(huán)境的要求。本發(fā)明還克服了已有IOAOSA模型的制備困難缺點(diǎn)，具有制備簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。作為關(guān)鍵的接收技術(shù)，可裝備在實(shí)戰(zhàn)飛機(jī)上。用于現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的電子支援措施中，對(duì)雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理。也可裝備在衛(wèi)星上用于軍事偵查和天體電磁輻射接收等。


圖1集成光學(xué)頻譜分析器芯片結(jié)構(gòu)示意圖，其中1光軸、2和3短程透鏡、4第一叉指換能器、5第二叉指換能器、4′4產(chǎn)生的聲表面波、5′5產(chǎn)生的聲表面波、6.4衍射的光束、7.5衍射的光束、8透射光束、9透射光束、10光二極管探測(cè)器陣列、11半導(dǎo)體激光器。
圖2集成光學(xué)頻譜分析器在雷達(dá)處理系統(tǒng)中應(yīng)用的原理框圖。
實(shí)施例在LiNbO3襯底上加工兩個(gè)非球面短程透鏡凹面，然后精密拋光，超聲清洗；在透鏡表面高頻濺射650nm的Ti膜，在攝氏1050度擴(kuò)散10小時(shí)，制成Ti-LiNbO3波導(dǎo)，再對(duì)波導(dǎo)兩端面精密拋光，用干法光刻換能器鋁電極，再把半導(dǎo)體激光器和二極管陣列分別對(duì)接在波導(dǎo)的兩個(gè)端面。
芯片參能數(shù)LINbO3襯片尺寸 60×20×2.5mm3短程透鏡孔徑 12mm有效孔徑 8mm焦距 20mm叉指換能器帶寬 200MHzIOAOSA性能頻率分辨率 4MHz動(dòng)態(tài)范圍 50db半導(dǎo)體激光器波長(zhǎng) 850nm光二極管陣列 256或512單元
權(quán)利要求
1.外差式聲光頻譜儀芯片的制備方法，其特征在于集成光學(xué)IOAOSA芯片的制備方法是(1)首先在LiNbO3村底上，用單點(diǎn)金剛石超精切削機(jī)床超精加工兩個(gè)非球面短程透鏡凹面，再對(duì)凹面進(jìn)行精密拋光，超聲清洗；(2)在透鏡表面高頻濺射的Ti膜，制成Ti-LiNbO3波導(dǎo)，然后對(duì)波導(dǎo)兩個(gè)端面精密拋光；(3)用等離子蝕刻法干法光刻換能器鋁電極；(4)把半導(dǎo)體激光器和二極管陣列分別對(duì)接在波導(dǎo)的兩個(gè)端面。
2.按權(quán)利要求1所述的聲光頻譜儀芯片的制備方法，其特征在于透鏡表面高頻濺射600-700nm的Ti膜，并于1000-1100℃擴(kuò)散8-12小時(shí)。
3.按權(quán)利要求1所述的聲光頻譜儀芯片的制備方法，其特征在于制備芯片所用換能器為傾斜式變周期叉指換能器。
全文摘要
外差式聲光頻譜儀芯片的制備方法,它克服了光柵發(fā)散透鏡制備技術(shù)難度大的缺點(diǎn)。首先在LiNbO
文檔編號(hào)B29D11/00GK1234332SQ97125630
公開日1999年11月10日 申請(qǐng)日期1998年5月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月6日
發(fā)明者范俊清, 許承杰, 李也凡 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長(zhǎng)春物理研究所