外差式聲光頻譜儀晶片的製備方法

2023-05-17 17:51:26 2

專利名稱：外差式聲光頻譜儀晶片的製備方法
技術領域：
本發明為外差式聲光頻譜儀晶片的製備方法，所屬領域為光電子學信息處理，集成光學。
專利申請之前與本發明有關的現有技術在現代戰爭的電子支援措施中，聲光頻譜分析器作為關鍵的接收技術，日益受到重視。在現代雷達信號擁擠的環境下，它能滿足戰場上電子對抗對數據的實時處理要求。它具有覆蓋域寬，截獲機率高，結構小，等優點，可裝備在飛機和衛星上用於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研究工作，所用材料工藝不盡相同，結構也不同。其中美國Hughes Aircraft Con.和Wstinghouse Con.研製的樣機比較成熟，1988年報導帶寬為400-600MHz，分辯率為4MHZ。進入90年代後，為了提高集成光學頻譜分析器的動態範圍許多國家對外差式集成光學頻譜分析器進行了系列研究試驗。
國外報導的已有外差式集成光學聲光頻譜分析器(IOAOSA)的研究樣機，其參考光束是由發散光柵透鏡提供的，製備技術難度較大，插入損耗較高，使參考光較弱，信號探測困難。
集成光學聲光頻譜分析器是用於現代電子戰中電子對抗時，對雷達信號進行實時處理的設備，與相應的電子計算機方法相比，具有體積小，速度快，堅固等優點。特別適用於機載應用。國內外，已進行過多年研究。有的體波AOSA(聲光頻譜分析器)已經用在飛機上。體波AOSA的缺點是體積較大。用集成光學聲光頻譜分析器代替體波AOSA，國內外已進行了多年研究。由於一般聲光頻譜分析器動態範圍小，不能完全滿足實戰要求。所以，研製一種動態範圍大的外差式IOAOSA，一直是國內外研究目標。美國Tsai等研製了一種IOAOSA模型，其參考光束是由光柵式發散透鏡提供的。據報導其動態範圍可達到45分貝以上。但是，這種光柵發散透鏡製備技術難度大，光柵的插入損耗較大，提供的參考光束弱，探測較困難。
本發明的目的就是要克服這一缺點。提供一種新型外差式IOAOSA集成光學晶片的製備方法，製成集成光學外差式頻譜分析器。具有製備技術簡單，參考光束信號強，容易探測外差信號，動態範圍大的優點。
為實現上述目的所採取的技術方案本發明集成光學外差式聲光頻譜分析器主要包括IOAOSA晶片和信號接收，放大，換能器驅動，光電接收信號的放大，存儲和顯示，列印等部分。
集成光學晶片結構如附圖1所示。晶片的工作原理是雷射器耦合入波導的雷射由第一個短程透鏡2準直為平行光束，它與叉指換能器4產生的聲表面渡4相互作用，發生Bragg衍射，最大衍射效率為50％；透射光束又與第二個叉指換能器5產生的聲表面波5相互作用發生Bragg衍射。由於兩個換能器的結構相同，位置平行，使兩束衍射光束相互平行；但由於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聚在端面(焦面)上的同一點，在二極體陣列的一個單元上產生外差頻率為2f的電信號輸出。由於二極體單元輸出的是外差信號，因此其動態範圍比通常非外差探測的CCD接收的AOSA得以大幅度地提高。
系統工作原理是(見附圖2)由天線接收的信號經混頻，放大，和功放後通過匹配網絡加到兩個叉指換能器上，在波導表面產生傳輸方向相反的兩束聲表面波，半導體雷射器發出的雷射經IOAOSA晶片處理後，二極體陣列輸出信號經過放大和A/D轉換輸入電腦處理後，顯示系統顯示雷達信號的頻譜，頻譜以垂線表示，其橫坐標表示頻譜的頻率，高度表示頻率分量的大小。可在顯示屏上顯示頻率數值和振幅大小。
IOAOSA晶片採取以下方法製備首先在LiNbO3村底上，用單點金剛石超精切削工具機超精加工兩個非球面短程透鏡凹面，再對凹面進行精密拋光，超聲清洗；第二步在樣品表面高頻濺射600-700nm的Ti膜，於1000-1100攝氏度下擴散8-12小時，製成Ti-LiNbO3波導，然後對波導兩個端面精密拋光；第三步用等離子蝕刻法幹法光刻換能器鋁電極；最後，把半導體雷射器和二極體陣列分別對接在渡導的兩個端面；發明創造的優點和積極效果本發明創造不僅具有一般AOSA的覆蓋域寬，截獲機率高，體積結構小，速度快等優點，特別是具有動態範圍大的優點，能滿足實戰環境的要求。本發明還克服了已有IOAOSA模型的製備困難缺點，具有製備簡單的優點。作為關鍵的接收技術，可裝備在實戰飛機上。用於現代戰爭的電子支援措施中，對雷達信號數據的實時處理。也可裝備在衛星上用於軍事偵查和天體電磁輻射接收等。


圖1集成光學頻譜分析器晶片結構示意圖，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產生的聲表面波、5′5產生的聲表面波、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光二極體探測器陣列、11半導體雷射器。
圖2集成光學頻譜分析器在雷達處理系統中應用的原理框圖。
實施例在LiNbO3襯底上加工兩個非球面短程透鏡凹面，然後精密拋光，超聲清洗；在透鏡表面高頻濺射650nm的Ti膜，在攝氏1050度擴散10小時，製成Ti-LiNbO3波導，再對波導兩端面精密拋光，用幹法光刻換能器鋁電極，再把半導體雷射器和二極體陣列分別對接在波導的兩個端面。
晶片參能數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性能頻率解析度 4MHz動態範圍 50db半導體雷射器波長 850nm光二極體陣列 256或512單元
權利要求
1.外差式聲光頻譜儀晶片的製備方法，其特徵在於集成光學IOAOSA晶片的製備方法是(1)首先在LiNbO3村底上，用單點金剛石超精切削工具機超精加工兩個非球面短程透鏡凹面，再對凹面進行精密拋光，超聲清洗；(2)在透鏡表面高頻濺射的Ti膜，製成Ti-LiNbO3波導，然後對波導兩個端面精密拋光；(3)用等離子蝕刻法幹法光刻換能器鋁電極；(4)把半導體雷射器和二極體陣列分別對接在波導的兩個端面。
2.按權利要求1所述的聲光頻譜儀晶片的製備方法，其特徵在於透鏡表面高頻濺射600-700nm的Ti膜，並於1000-1100℃擴散8-12小時。
3.按權利要求1所述的聲光頻譜儀晶片的製備方法，其特徵在於製備晶片所用換能器為傾斜式變周期叉指換能器。
全文摘要
外差式聲光頻譜儀晶片的製備方法,它克服了光柵發散透鏡製備技術難度大的缺點。首先在LiNbO
文檔編號B29D11/00GK1234332SQ97125630
公開日1999年11月10日 申請日期1998年5月6日 優先權日1998年5月6日
發明者範俊清, 許承傑, 李也凡 申請人:中國科學院長春物理研究所