用于声光波导相位调制的氧化锌薄膜和叉指换能器的理论和实验研究

论文摘要

“用于声光波导相位调制的氧化锌薄膜和叉指换能器的理论和实验研究”是国家自然科学基金资助项目“光电集成加速度地震检波器的理论与实验研究”的子课题。光电集成加速度地震检波器是一种崭新的传感器,是利用集成光学与半导体工艺技术,将波导偏振器、光波导、波导相位调制器、光电探测器以及信号处理电路都集成在同一基底上,达到真正的光电集成一体化。本课题创新性提出声光波导相位调制器,利用声光效应实现对该加速度传感器的相位调制,具有调制频带宽、能量密度高、体积小和易集成的特点,为集成光学的相位调制提供了一个新的思路。本文首先从光电集成加速度传感器的工作原理出发,推导了应力应变与加速度的关系,建立了光波的相位变化与加速度的关系;对于声表面波的激励以及传播方式进行了分析,讨论了声光调制及声光衍射原理,深入研究了声表面波对条波导的相位调制。对氧化锌薄膜和叉指换能器进行了优化设计,权衡薄膜厚度与声光频率、声光频率与转换损耗、声光频率与中心指长、叉指对数与薄膜面积之间的关系,获得了最优设计结果,氧化锌薄膜参数为5000×1000×3μm,叉指换能器参数为:叉指对数N=17、中心距l =27.19μm、声光频率f0=48MHz、中心指长L0=4.46mm。深入探讨了氧化锌薄膜、叉指换能器的制备工艺,进行了大量的实验研究,找出了最佳的工艺参数;完成了器件的测试研究:微观结构观察、膜厚精确测试、结晶状态测试、表面形貌测试。获得了优良的实验结果:所制备的氧化锌薄膜具有致密性好、表面平整、完全C轴取向的特点,是一个优良的单轴晶体薄膜;所制备的叉指换能器具有光滑、平整、形貌清晰等特点,因此可望获得传输损耗小、转换损耗低、性能优良的声表面波器件。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究发展现状
• 1.3 本课题概述
• 1.4 本课题的研究目的和主要内容
• 1.5 本课题主要工作
• 第二章 光电集成加速度传感器的工作原理
• 2.1 概述
• 2.1.1 介质光波导
• 2.2 调制原理
• 2.2.1 应力应变效应
• 2.2.2 温度应变效应
• 2.3 简谐振子工作原理
• 2.4 干涉原理
• 2.5 本章小结
• 第三章 声光波导相位调制的理论基础
• 3.1 光波导相位调制的方法
• 3.2 声光作用原理
• 3.2.1 声表面波
• 3.2.2 声光调制原理
• 3.3 波导光的调制
• 3.4 声光器件结构参数初选
• 3.5 本章小结
• 第四章 氧化锌薄膜和叉指换能器的设计
• 4.1. 叉指换能器基本原理
• 4.2. 叉指换能器设计
• 4.3. ZnO 薄膜设计
• 4.4. 本章小结
• 第五章 氧化锌薄膜和叉指换能器的制备工艺研究
• 5.1 ZnO 薄膜的化学结构和物理常数
• 5.2 ZnO 薄膜的生长技术
• 5.3 ZnO 薄膜的的实验制备及性能参数
• 5.3.1 衬底材料的准备
• 5.3.2 磁控溅射沉积薄膜
• 5.4 IDT 的实验制备及性能参数
• 5.5 本章小结
• 第六章 器件制作结果及测试
• 6.1 ZnO 薄膜的性能测试
• 6.1.1 薄膜的微观结构
• 6.1.2 膜厚精确测试
• 6.1.3 薄膜的结晶状态
• 6.1.4 薄膜的表面形貌
• 6.2 ZnO 薄膜的择优取向性
• 6.2.1 不同衬底温度的影响
• 6.2.2 不同退火温度的影响
• 6.3. IDT 的性能测试
• 6.3.1 IDT 的微观结构
• 6.3.2 IDT 的膜厚精确测试
• 6.4 总结
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢