194467. lajstromszámú szabadalom • Nagyfrekvenciás többhullámú ultrahangátalakító és eljárás annak előállítására
1 194.467 2 lag anizotrop anyagokban, ilyen a Te02 is, az akusztooptikai kölcsönhatás tulajdonságai orientációfuggőek. A 2. ábra példákén ti konfiguráció kristálytani irányait szemlélteti. A 10 ultrahangátalakító működése szempontjából a függőleges x, y sík orientációjának a tűrése szigorú, mivel elég a függőleges y tengelytől 0,5°-kal eltérni alihoz, hogy az ultrahang energiájának terjedési iránya 6- 26 °-kal eltéijen ettől az y iránytól. A Te02 tömb orientált kivágását az öntecsből csak szigorú pontossági követelmények betartása rtiellett lehet elvégezni. A z sík pontossága 1 °, az x, y síké pedig 10’ kell legyen. Az orientációhoz Laue röntgen diffrakciót kell használni. A lO’-en belüli pontosság eléréséhez szükséges volt átalakítani a röntgen-diffrektométer befogóját olymódon, hogy / az orientálás után síktartóan fel lehessen helyezni a vágógépre. A 13 rezgésbe hozható elem LiNb03 piezoelektromos ultrahangkeltő. Az egyszerűsítés kedvéért tegyük fel, hogy a 13 rezgésbe hozható elem veszteségmentesen van a 11 ultrahangtovábbító tömbhöz kötve. A villamosán 13 rezgésbe hozható elem a piezoelektromos effektus segítségével akusztikus hullámokat kelt a 11 ultrahangtovábbító tömbben és a meghajtó generátorból felvett elektromos teljesítményt akusztikus teljesítménnyé alakítja. A generátor szempontjából a 10 ultrahangátalakító tömb egy Z impedanciájú terhelés, amelynek valós és képzetes része is függ a frekvenciától, továbbá a következő anyagjellemzőktől: a LiNb03 csatolási tényezőjétől, valamint az LiNb03 és a Te02 akusztikus impedanciájától. A részletes analízisből a következő lényeges következtetésre lehet jutni: létezik olyan toQ frekvencia, amelynél Re(Z) maximális és ebben az esetben Im(Z) « Re(Z). A generátorból felvett elektromos teljesítmény egyenlő a Re(Z)-n eső teljesítménnyel, ezt alakítja a rezgésbe hozható elem (LiNb03) akusztikus hullámmá. Az előző állításból következik, hogy a keltett akusztikus hullámok teljesítménye a co0 frekvencián a maximális, a generátorból kivett teljesítmény pedig akkor a legnagyobb, ha Re(Z) = R-vel, a generátor ellenállásával. Ha a villamosán 13 rezgésbe hozható elem, vagyis a LiNb03 lapka nincs veszteségmentesen a 11 ultrahangtovábbító tömbhöz kötve, akkor a felvett elektromos teljesítménynek csak egy része alakul akusztikus teljesítménnyé, a többi a kötést, a rezgésközvetítő réteget fogja melegíteni. Ez nemcsak a 11 ultrahangtovábbító tömb melegedése szempontjából káros, de teljesítményveszteség is, ezért olyan kötést — rezgésközvetítő réteg - létrehozására kell törekedni, amelyben az ilyen veszteségek minimálisak. Mivel a 11 ultrahangtovábbító tömb - Te02 - és a 13 rezgésbehozható elem — LiNb03 — akusztikus impedanciái a Za egy nagyságrenddel különböznek, a Re(Z) értéket nehéz széles sávban a generátorhoz illeszteni. Kimutatható, hogy ha két közeg közé egy akusztikusán X/4 vastag Za =l£a^^3 • Za^e®3 impedanciájú réteget készítünk, akkor akusztikusán nagy hatásfokú, maximális sávszélességű 10 ultrahangátalakítót kapunk, amelyre Re(Z) = 50 Ohm, vagyis a meghajtó generátorhoz is illeszkedik. Akusztikus impedanciája révén az alumínium alkalmas erre a célra, vastagságát az akusztikus frekvencia határozza meg. Ezt a 12 fémréteget - alumíniumréteget - használjuk a villamosán 13 rezgésbe hozható elem alsó fegyverzetének is. A példaként] kiviteli alaknál alkalmazott 45 MHz akusztikus frekvencia 15 pm vastag jól tapadó réteg felvitelét teszi szükségessé. A nem megfelelően tapadó 12 fémréteg - transzformátorréteg - a rossz akusztikus csatolás miatt veszteségi forrása lesz, melegedni fog. A 12 fémréteg vastagságát úgy választjuk meg, hogy annak akusztikus impedanciája a 11 ultrahangtovábbító tömb és a 13 rezgésbe hozható elem akusztikus impedanciája között van. A 12 fémréteg vastagságát X/6-ra választjuk, ahol X a sávközépen mért ultrahang hullámhossza. A 12 fémréteg első b kivezetése közvetlenül a 14 fegyverzet második c kivezetése pedig egy 1-100 mikro-Henry közötti értékű változtatható 18 induktivitáson át csatlakozik a meghajtó elektronikához, generátorhoz. A 18 induktivitás behangolásával elérhető, hogy a 10 ultrahang átalakító sávszélessége maximális legyen és ez azonos a X/4-es transzformációnál elérhetővel. A találmány szerinti eljárás olyan ismert eljárás továbbfejlesztése, amely alkalmas nagyfrekvenciás szélessávú tömbhullámú ultrahang-átalakító előállítására, pl. akusztooptikai eszközökhöz. Az eljárás során egy fotorugalmas tulajdonságú anyagú, pl. Te02 11 ultrahangtovábbító tömb azon síkjára, melyen az ultrahang átmegy, megfelelő tisztítás után vákuumtechnikai úton, pl. párologtatással egy a 11 ultrahangtovábbító tömb és a villamosán 13 rezgésbe hozható elem akusztikus hullámimpedanciája közé eső hullámimpedanciájú fémréteget viszünk fel. Ezután egy villamosán 13 rezgésbe hozható elemet, pl. LiNb03 lapkát egy akusztikusán vékony - azaz X-nál vékonyabb tipikusan 100 nm vastag réteggel vonjuk be. A továbbfejlesztés, vagyis a találmány abban van, hogy a villamosán 13 rezgésbe hozható elem másik oldalát a rezgéstartomány kívánalmainak megfelelően, pl. csiszolással levékonyítjuk. Erre azért van szükség, mert 45 MHz-en a 13 rezgésbe hozható elem elkészítéséhez 45 pm vastag LiNb03 egykristályból készült lapkára van szükség. A jó hatásfokú működéshez és akusztikus hullám keltéséhez a lapka síkjainak párhuzamosnak kell lenni. Ilyen méretre LiNb03 lapkát szeletelni nem lehet, ezért a 0,8 mm-re vágott lapkákat csiszolással kell levékonyítani a megfelelő méretre. All ultrahangtovábbító tömb egyik oldalára felvitt fémréteg, pl. alumíniumréteg vastagságát X/4-nél vékonyabbra, célszerűen X/6 vastagságúra alakítjuk, ahol X a sávközépen mért ultrahang hullámhossza. A megfelelő tapadás eléréséhez párologtatás előtt a kritikus sík optikai minőségűre történő polírozása és tisztítása szükséges. A polírozást úgy kell végrehajtani, hogy a kritikus sík orientációja megmaradjon. A tapadás további javulását a 11 ultrahangtovábbító tömb párologtatás előtti felfűtésével érhetjük el. Ahhoz, hogy a fény all ultrahangtovábbítő tömbön egyenesen és szóródásmentesen haladjon át az x, y síkon, a tömb mindkét oldalán párhuzamos, sík, vagyis színgyűrűinentes ablakokat kell karcmentesre polírozni. A 13 rezgésbe hozható elem levékonyítása után az elemet levékonyított felületével hosszú, legalább 10 tipikusan 10-15 perc kötésidejű ragasztóval és nyomóerő alkalmazásával a 11 ultrahangtovábbító tömb fémezett felületéhez ragasztjuk. Követelmény, hogy a ragasztás ne legyen veszteséges, azaz ne melegedjen és legyen akusztikusán vékony, hogy ne befolyásolja az akusztikus illesztést A ragasztóréteg vastagságát, vagyis a fémré-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 4
