石英晶振激光減薄調(diào)頻技術(shù)的研究

　　石英晶振的諧振頻率在出廠前需要進(jìn)行微調(diào)，使之達(dá)到需要的標(biāo)稱(chēng)值。傳統(tǒng)微調(diào)采用蒸發(fā)鍍膜法，存在一致性和膜層可靠性差的問(wèn)題。本研究把激光微加工技術(shù)應(yīng)用于該領(lǐng)域，利用激光使電極膜層汽化減薄，從而使晶振的頻率升高到預(yù)期值。本文重點(diǎn)研究了激光器的工作電流和 Q脈沖寬度對(duì)晶振頻率微調(diào)的影響。

　　對(duì)標(biāo)稱(chēng)頻率為 10MHz 的石英晶振進(jìn)行激光調(diào)頻實(shí)驗(yàn)，當(dāng)激光器工作電流為 11A，激光脈沖寬度為 8μs 時(shí)，晶振的頻率調(diào)節(jié)量與刻蝕次數(shù)的關(guān)系如圖1所示，經(jīng) 10 次刻蝕后晶振其他電性能參數(shù)變化如表1所示。

表1 刻蝕前后其它電性能參數(shù)的變化

　　類(lèi)似地，分別固定激光器工作電流，調(diào)節(jié)激光 Q 脈沖寬度或固定激光器 Q 脈沖寬度，調(diào)節(jié)激光器工作電流進(jìn)行調(diào)頻實(shí)驗(yàn)后發(fā)    圖1 調(diào)頻量△f 與刻蝕次數(shù)n關(guān)系現(xiàn)如下規(guī)律：

圖 1  調(diào)頻量△f 與刻蝕次數(shù) n 關(guān)系

　　（1） 若工作電流比較小或Q脈沖寬度比較大時(shí)（本研究中電流小于 10A或Q脈沖寬度大于 10μs） ，激光脈沖的峰值能量達(dá)不到銀的刻蝕閾值，無(wú)法對(duì)晶振頻率進(jìn)行有效微調(diào)。

　�。�2） 增加工作電流或減小Q 脈沖寬度能提高激光脈沖的峰值能量，當(dāng)激光脈沖能量達(dá)到一定值時(shí)（本研究中電流為 11A、Q 脈沖寬度為 4μs～8μs） ，頻率微調(diào)量與刻蝕次數(shù)近似呈線性關(guān)系，微調(diào)量易于控制且刻蝕后晶振其它電性能參數(shù)變化不大。在該條件下，總調(diào)頻量分布在7.96ppm～9.24ppm 之間，刻蝕參數(shù)的變化對(duì)頻率調(diào)節(jié)量影響不大，而且刻蝕后電極膜完整無(wú)損，石英晶體也沒(méi)有因?yàn)榧す獾臒嵝��?yīng)而發(fā)生相變。

　�。�3）若工作電流過(guò)大或 Q 脈寬過(guò)小時(shí)時(shí)，激光峰值功率密度過(guò)大，電極膜層很容易被損傷而導(dǎo)致晶振不能起振。

　　 （4）相對(duì)于 Q脈寬，電流的變化對(duì)刻蝕效果影響更明顯，這是因?yàn)?Q 脈寬的減小對(duì)激光器的輸出功率影響不大，只是提高了激光脈沖的峰值功率，而電流的增加不僅提高了峰值功率，還增大了激光器的輸出功率。