Способ изготовления акустооптических модуляторов

Изобретение относится к способу изготовления акустооптических модуляторов. Способ состоит в том, что изготавливают звукопровод в виде прямоугольной призмы, далее наносят вакуумным напылением оптически просветляющие покрытия на грани прямоугольной призмы, далее наносят вакуумным напылением на одну из граней прямоугольной призмы первый адгезионный слой. Затем наносят вакуумным напылением на указанный первый адгезионный слой первый слой золота, далее наносят вакуумным напылением на указанный первый слой золота первый слой индия, кроме того, наносят вакуумным напылением на одну из больших граней каждой из двух пластин из ниобата лития (Y+36°)-среза второй адгезионный слой, далее наносят вакуумным напылением на указанный второй адгезионный слой второй слой золота, далее наносят вакуумным напылением на указанный второй слой золота второй слой индия, далее осуществляют соединение звукопровода с пластинами ниобата лития путем прижатия пластин из ниобата лития с давлением каждой пластины из ниобата лития вторым слоем индия к соответствующему первому слою индия, далее сошлифовывают каждую из пластин из ниобата лития до необходимой толщины, соответствующей рабочему диапазону частот, далее наносят вакуумным напылением на каждую свободную большую грань каждой из пластин из ниобата лития третий адгезионный слой, далее наносят вакуумным напылением на указанный третий адгезионный слой третий слой золота. Способ характеризуется тем, что выбирают в качестве материала звукопровода монокристалл ТеО₂, при этом грани прямоугольной призмы ориентируют перпендикулярно кристаллографическим направлениям [001], , [110], нанесение оптически просветляющих покрытий осуществляют на грани прямоугольной призмы, перпендикулярные кристаллографическому направлению , в процессе присоединения пластин из ниобата лития к звукопроводу ориентируют проекции полярных осей пластин из ниобата лития на сами эти пластины из ниобата лития в противоположные друг другу стороны, нанесение первого адгезионного слоя осуществляют на одну из граней прямоугольной призмы (001), изготовление первого адгезионного слоя, второго адгезионного слоя и третьего адгезионного слоя осуществляют из хрома, выбирают указанное давление из интервала 50-100 кг/см², по крайней мере в течение части времени, в течение которого осуществляют прижатие пластин из ниобата лития к звукопроводу, на каждую из пластин из ниобата лития подают электрическое напряжение 10-50 В на частоте антирезонанса продольных колебаний соответствующей пластины из ниобата лития в течение 1-3 мин, образованную заготовку в виде звукопровода с просветляющими покрытиями, последовательно расположенными на звукопроводе первым адгезионным слоем, первым слоем золота, первым слоем индия и последовательно расположенными вторым слоем индия, вторым слоем золота, вторым адгезионным слоем одной пластины ниобата лития и самой этой пластины из ниобата лития, а также рядом с ней расположенными последовательно вторым слоем индия, вторым слоем золота, вторым адгезионным слоем другой пластины ниобата лития и самой этой пластины из ниобата лития, а также расположенными на каждой из указанных пластин из ниобата лития третьим адгезионным слоем, третьим слоем золота разрезают на отдельные элементы параллельно плоскостям (110) монокристалла ТеО₂. Использование настоящего способа позволяет повысить эффективность устройства при одновременном повышении производительности процесса производства. 3 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к способам производства акустооптических модуляторов.

Уровень техники

Известен способ изготовления акустооптических устройств (патент РФ №1127723). Способ изготовления акустооптических устройств включает подготовку поверхностей акустооптического кристалла и пьезопреобразователя, нанесение на контактную поверхность каждого из них связующего индия, соединение контактных поверхностей и механическую обработку пьезопреобразователя. С целью повышения качества соединения в случае использования в качестве акустооптического кристалла галогенидов таллия на контактную поверхность преобразователя предварительно наносят адгезионный слой кобальта. С целью повышения надежности изготавливаемых устройств механическую обработку пьезопреобразователя производят до нанесения на его контактную поверхность адгезионного и связующего слоев.

Недостатками известного технического решения являются малая эффективность устройства.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности устройства при одновременном повышении производительности процесса производства.

Поставленная цель достигается за счет того, что способ изготовления акустооптических модуляторов состоит в том, что изготавливают звукопровод в виде прямоугольной призмы, далее наносят вакуумным напылением оптически просветляющие покрытия на грани прямоугольной призмы, далее наносят вакуумным напылением на одну из граней прямоугольной призмы первый адгезионный слой, далее наносят вакуумным напылением на указанный первый адгезионный слой первый слой золота, далее наносят вакуумным на указанный слой золота первый слой индия, кроме того, наносят вакуумным напылением на одну из больших граней каждой из двух пластин из ниобата лития (Y+36°)-среза второй адгезионный слой, далее наносят вакуумным напылением на указанный второй адгезионный слой второй слой золота, далее наносят вакуумным напылением на указанный второй слой золота второй слой индия, далее осуществляют соединение звукопровода с пластинами ниобата лития путем прижатия пластин из ниобата лития с давлением каждой пластины из ниобата лития вторым слоем индия к соответствующему первому слою индия, далее сошлифовывают каждую из пластин из ниобата лития до необходимой толщины, соответствующей рабочему диапазону частот, далее наносят вакуумным напылением на каждую свободную большую грань каждой из пластин из ниобата лития третий адгезионный слой, далее наносят вакуумным напылением на указанный третий адгезионный слой третий слой золота, отличающийся тем, что выбирают в качестве материала звукопровода монокристалл TeO₂, при этом грани прямоугольной призмы ориентируют перпендикулярно кристаллографическим направлениям [001], , [110], нанесение оптически просветляющих покрытий осуществляют на грани прямоугольной призмы, перпендикулярные кристаллографическому направлению , в процессе присоединения пластин из ниобата лития к звукопроводу ориентируют проекции полярных осей пластин из ниобата лития на сами эти пластины из ниобата лития в противоположные друг другу стороны, нанесение первого адгезионного слоя осуществляют на одну из граней прямоугольной призмы (001), изготовление первого адгезионного слоя, второго адгезиоиного слоя и третьего адгезионного слоя осуществляют из хрома, выбирают указанное давление из интервала 50-100 кг/см², по крайней мере в течение части времени, в течение которого осуществляют прижатие пластин из ниобата лития к звукопроводу, на каждую из пластин из ниобата лития подают электрическое напряжение 10-50 В на частоте антирезонанса продольных колебаний соответствующей пластины из ниобата лития в течение 1-3 мин, образованную заготовку в виде звукопровода с просветляющими покрытиями, последовательно расположенными на звукопроводе первым адгезионным слоем, первым слоем золота, первым слоем индия и последовательно расположенными вторым слоем индия, вторым слоем золота, вторым адгезионным слоем одной пластины ниобата лития и самой этой пластины из ниобата лития, а также рядом с ней расположенными последовательно вторым слоем индия, вторым слоем золота, вторым адгезионным слоем другой пластины ниобата лития и самой этой пластины из ниобата лития, а также расположенными на каждой из указанных пластин из ниобата лития третьим адгезионным слоем, третьим слоем золота разрезают на отдельные элементы параллельно плоскостям (110) монокристалла TeO₂.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежом (фиг.1-3), где на фиг.1 схематично показан общий вид акустооптического модулятора, на фиг.2 и фиг.3 схематично показан процесс изготовления акустооптического модулятора.

Раскрытие изобретения

На чертеже обозначены: звукопровод 1, первый электрод 2, пластина из ниобата лития 3, второй электрод 4, вакуумный пресс 5, первый адгезионный слой (в данном случае выполненный из хрома и далее именуемый первый слой хрома) 6, первый слой золота 7, первый слой индия 8, испаритель 9, второй слой индия 10, второй слой золота 11, второй адгезионный слой (в данном случае выполненный из хрома и далее именуемый второй слой хрома) 12, вакуумная камера 13, оптически просветляющее покрытие 14, линии будущего разреза 15.

Способ изготовления акустооптического модулятора включает следующие основные этапы:

- изготовление звукопровода 1;

- нанесение вакуумным напылением оптически просветляющих покрытий 14 на грани прямоугольной призмы, перпендикулярные кристаллографическому направлению ;

- изготовление первого электрода 2:

нанесение вакуумным напылением на одну из граней прямоугольной призмы (001) звукопровода первого слоя хрома 6,

нанесение вакуумным напылением на указанный первый слой хрома 6 первого слоя золота 7,

нанесение вакуумным напылением на указанный первый слой золота 7 первого слоя индия 8,

нанесение вакуумным напылением на одну из больших граней каждой из двух пластин из ниобата лития 3 (T+36°)-среза второго слоя хрома 12, вакуумным напылением на указанный второй слой хрома 12 второго слоя золота 11,

нанесение вакуумным напылением на указанный второй слой золота 11 второго слоя индия 10,

прижатие давлением 50-100 кг/см² указанных пластин из ниобата лития 3 (каждую вторым слоем индия 10) к соответствующему первому слою индия 8, при этом ориентируют проекции полярных осей пластин из ниобата лития на сами эти пластины из ниобата лития в противоположные друг другу стороны,

подача на каждую из пластин из ниобата 3 электрического напряжения 10-50 В на частоте антирезонанса продольных колебаний соответствующей пластины из ниобата лития 3 в течение 1-3 мин;

- сошлифовку каждой из пластин из ниобата лития 3 до необходимой толщины, соответствующей рабочему диапазону частот;

- изготовление второго электрода 4:

нанесение вакуумным напылением на каждую свободную большую грань каждой пластины из ниобата лития 3 третьего адгезионного слоя (в данном случае выполненного из хрома и далее именуемого третий слой хрома),

нанесение вакуумным напылением на указанный третий слой хрома третьего слоя золота,

- разрезание звукопровода 1 на отдельные элементы по плоскостям (110) монокристалла TeO₂.

Звукопровод 1 изготавливают из монокристалла TeO₂. Звукопровод 1 изготавливают в виде прямоугольной призмы. При этом грани прямоугольной призмы ориентируют перпендикулярно кристаллографическим направлениям [001], , [110] с точностью не хуже одной угловой минуты и имеют размеры в пределах: 6-8 мм, 35-50 мм, 10-25 мм соответственно.

Оптически просветляющие покрытия 14 наносят при помощи вакуумного напыления на грани прямоугольной призмы, перпендикулярные кристаллографическому направлению .

Вакуумное напыление основано на создании направленного потока частиц (атомов, молекул или кластеров) наносимого материала (например, просветляющего покрытия, хрома, золота, индия) на поверхность изделий (грани звукопровода или соответствующие поверхности пластин из ниобата лития) и их конденсации. Процесс включает несколько стадий: переход напыляемого вещества или материала из конденсированной фазы в газовую, перенос молекул газовой фазы к поверхности изделия, конденсацию их на поверхность, образование и рост зародышей, формирование слоя (покрытия, пленки).

Первый электрод 1 представляет собой слой, образованный из первого слоя хрома 6, первого слоя золота 7, первого слоя индия 8, второго слоя хрома 12, второго слоя золота 11 и второго слоя индия 10 после прижатия с давлением 50-100 кг/см² указанных пластин из ниобата лития 3 каждую вторым слоем индия 10 к соответствующему первому слою индия 8 звукопровода 1 и после подачи на каждую из пластин из ниобата лития 3 электрического напряжения 10-50 В на частоте антирезонанса продольных колебаний соответствующей пластины из ниобата лития 3 в течение 1-3 мин.

Изготовление первого электрода 2 включает последовательное напыление в вакууме первого слоя хрома 6, первого слоя золота 7 и первого слоя индия 8 на грани звукопровода 1 (001) и последовательное напыление второго слоя хрома 12, второго слоя золота 11 и второго слоя индия 10 на две пластины из ниобата лития 3 (Y+36°)-среза толщиной 0,5-1 мм, прижатие указанных пластин из ниобата лития 3 вторым слоем индия 10 к первому слою 8, нанесенному на звукопровод 1, а также подачу на каждую из пластин из ниобата лития 3 электрического напряжения.

Звукопровод 1 помещают в вакуумную камеру 13. В вакуумной камере 13 размещают испаритель 9 с соответствующим материалом. Звукопровод 1 соответствующей поверхностью (гранью), на которую наносят соответствующий слой материалов, обращен к испарителю 9. В вакуумной камере 13 создают вакуум. На одну из граней прямоугольной призмы (001) звукопровода 1 вакуумным напылением наносят первый слой хрома 6. На указанный слой хрома 6 вакуумным напылением наносят первый слой золота 7. На указанный первый слой золота 7 вакуумным напылением наносят первый слой индия 8.

Пластину из ниобата лития 3 помещают в вакуумную камеру 13. В вакуумной камере 13 размещают испаритель 9 с соответствующим материалом. Пластина из ниобата лития 3 соответствующей поверхностью, на которую наносят соответствующий слой материалов, обращена к испарителю 9. На одну из больших граней каждой из двух пластин из ниобата лития 3 (Y+36°)-среза вакуумным напылением наносят второй слой хрома 12. На указанный второй слой хрома 12 вакуумным напылением наносят второй слой золота 11. На указанный второй слой золота 11 вакуумным напылением наносят второй слой индия 10.

В частном случае осуществляется одновременное нанесение слоев из одного материала на звукопровод 1 и пластину из ниобата лития 3. Звукопровод 1 и пластину из ниобата лития 3 помещают в вакуумную камеру 13. При этом звукопровод 1 и пластина из ниобата лития 3 обращены друг к другу соответствующими поверхностями (гранями), на которые наносят соответствующие слои материалов. Между звукопроводом 1 и пластиной из ниобата лития 3 размещают испаритель 9 с соответствующим материалом. Первый слой хрома 6 и второй слой хрома 12 наносятся одновременно на одну из граней прямоугольной призмы (001) звукопровода 1 и одну из больших граней каждой из двух пластин из ниобата лития 3 (Y+36°)-среза соответственно. На указанный первый слой хрома 6 вакуумным напылением наносят первый слой золота 7 и на указанный второй слой хрома 12 вакуумным напылением наносят второй слой золота 11, при этом первый слой золота 7 и второй слой золота 11 наносят одновременно. На указанный первый слой золота 7 и на второй слой золота 11 вакуумным напылением одновременно наносят первый слой индия 8 и второй слой индия 10 соответственно.

Прижатие с давлением 50-100 кг/см² указанных пластин из ниобата лития 3 вторым слоем индия 10 к первому слою индия 8 звукопровода 1 производят, например, при помощи вакуумного пресса 5. Пластины из ниобата лития 3 располагают рядом друг с другом и прижимают каждую из указанных пластин из ниобата лития 3 ее вторым слоем индия 10 к первому слою индия 8, расположенному на звукопроводе 1. При этом ориентируют проекции полярных осей пластин из ниобата лития на сами эти пластины из ниобата лития в противоположные друг другу стороны.

На каждую из пластин из ниобата лития 3 подают электрическое напряжение 10-50 В. При этом один из электрических контактов подсоединяют к формирующемуся в процессе прижатия первому электроду 2, противоположный электрический контакт подсоединяют к вакуумному прессу 5, при помощи которого осуществляется прижатие. Электрическое напряжение подают, по крайней мере, в течение части времени, в течение которого прижимают указанные пластины из ниобата лития 3 к звукопроводу 1. Напряжение подают на частоте антирезонанса продольных колебаний соответствующей пластины из ниобата лития 3, например, в течение 1-3 мин. В результате подачи электрического напряжения во время прижатия указанных пластин из ниобата лития 3 к звукопроводу 1 существенно повышается прочность соединения звукопровода 1 с пластинами из ниобата лития 3. Повышенная прочность указанного соединения позволяет в дальнейшем произвести его распиловку на отдельные заготовки акустооптических модуляторов.

Пластины из ниобата лития 3 со стороны поверхности, противоположной соединению со звукопроводом 1, сошлифовывают до необходимой толщины, соответствующей рабочему диапазону частот. Возможно уменьшение толщины пластин из ниобата лития 3 шлифовкой, полировкой, а иногда и ионным травлением, так как толщина пластин из ниобата лития 3, используемых в пьезопреобразователях акустооптических устройств на частотах порядка десятков-сотен мегагерц, составляет десятки-единицы микрон.

Второй электрод 4 представляет собой слой, содержащий третий слой хрома и третий слой золота.

Звукопровод 1, соединенный с пластинами из ниобата лития 3, помещают в вакуумную камеру 13. В вакуумной камере 13 размещают испаритель 9 с соответствующим материалом. Звукопровод 1, соединенный с пластинами из ниобата лития 3, соответствующей свободной большей гранью соответствующей пластины из ниобата лития 3, противоположной пластины из ниобата лития 3 со звукопроводом 1, на которую наносят соответствующий слой материалов, обращен к испарителю 9. На указанную свободную большую грань (каждой из двух пластин из ниобата лития 3) вакуумным напылением наносят третий слой хрома. На указанный третий слой хрома вакуумным напылением наносят третий слой золота.

Звукопровод 1, соединенный с пластинами из ниобата лития 3, с первыми электродами 2 и вторыми электродами 4, вынимают из вакуумной камеры 13 и разрезают на отдельные элементы по плоскостям (110) материала звукопровода.

Таким образом, выполнение устройства из звукопровода оптически просветляющего покрытия, первого слоя хрома, первого слоя золота, первого слоя индия, второго слоя индия, второго слоя золота, второго слоя хрома, двух пластин из ниобата лития, третьего слоя хрома и третьего слоя золота описанным выше образом обеспечивает повышение эффективности устройства за счет снижения потерь разного вида (электрических, оптических и звуковых) при одновременном повышении производительности за счет выполнения устройства относительно больших размеров и дальнейшего разрезания его на отдельные элементы.

Способ изготовления акустооптических модуляторов, состоящий в том, что изготавливают звукопровод в виде прямоугольной призмы, далее наносят вакуумным напылением оптически просветляющие покрытия на грани прямоугольной призмы, далее наносят вакуумным напылением на одну из граней прямоугольной призмы первый адгезионный слой, далее наносят вакуумным напылением на указанный первый адгезионный слой первый слой золота, далее наносят вакуумным напылением на указанный первый слой золота первый слой индия, кроме того, наносят вакуумным напылением на одну из больших граней каждой из двух пластин из ниобата лития (Y+36°)-среза второй адгезионный слой, далее наносят вакуумным напылением на указанный второй адгезионный слой второй слой золота, далее наносят вакуумным напылением на указанный второй слой золота второй слой индия, далее осуществляют соединение звукопровода с пластинами ниобата лития путем прижатия пластин из ниобата лития с давлением каждой пластины из ниобата лития вторым слоем индия к соответствующему первому слою индия, далее сошлифовывают каждую из пластин из ниобата лития до необходимой толщины, соответствующей рабочему диапазону частот, далее наносят вакуумным напылением на каждую свободную большую грань каждой из пластин из ниобата лития третий адгезионный слой, далее наносят вакуумным напылением на указанный третий адгезионный слой третий слой золота, отличающийся тем, что выбирают в качестве материала звукопровода монокристалл TeO₂, при этом грани прямоугольной призмы ориентируют перпендикулярно кристаллографическим направлениям [001], , [110], нанесение оптически просветляющих покрытий осуществляют на грани прямоугольной призмы, перпендикулярные кристаллографическому направлению , в процессе присоединения пластин из ниобата лития к звукопроводу ориентируют проекции полярных осей пластин из ниобата лития на сами эти пластины из ниобата лития в противоположные друг другу стороны, нанесение первого адгезионного слоя осуществляют на одну из граней прямоугольной призмы (001), изготовление первого адгезионного слоя, второго адгезионного слоя и третьего адгезионного слоя осуществляют из хрома, выбирают указанное давление из интервала 50-100 кг/см², по крайней мере в течение части времени, в течение которого осуществляют прижатие пластин из ниобата лития к звукопроводу, на каждую из пластин из ниобата лития подают электрическое напряжение 10-50 В на частоте антирезонанса продольных колебаний соответствующей пластины из ниобата лития в течение 1-3 мин, образованную заготовку в виде звукопровода с просветляющими покрытиями, последовательно расположенными на звукопроводе первым адгезионным слоем, первым слоем золота, первым слоем индия и последовательно расположенными вторым слоем индия, вторым слоем золота, вторым адгезионным слоем одной пластины ниобата лития и самой этой пластины из ниобата лития, а также рядом с ней расположенными последовательно вторым слоем индия, вторым слоем золота, вторым адгезионным слоем другой пластины ниобата лития и самой этой пластины из ниобата лития, а также расположенными на каждой из указанных пластин из ниобата лития третьим адгезионным слоем, третьим слоем золота разрезают на отдельные элементы параллельно плоскостям (110) монокристалла ТеО₂.