一种横向耦合改进型结构极窄带声表面波滤波器研究

该文采用波导法分析了横向耦合极窄带声表面波滤波器速度变化模式,并用多物理场COMSOL软件对横向耦合声表面波滤波器的中心耦合条结构和耦合距离的变化建模进行计算,并分析频响特性。采用石英晶体作为底衬,设计了频率为898.144 MHz,插入损耗约为6 dB的极窄带声表面波滤波器并进行验证。结果表明,中心耦合条开腔结构的声表面波滤波器的相对带宽达到7.2‰,与不开腔结构5.2‰相对带宽相比,提升了2‰。这说明横向耦合声表面波滤波器的中心耦合条结构变化,能改变极窄带声表面波滤波器的相对带宽。

一种6信道声光调制器

介绍了一种6信道声光调制器。通过在换能器上制备电极阵列,设计独立的阻抗匹配电路和电输入端口,将6个声光互作用单元集成在一起,实现了对6束激光的并行、独立调制。经测试,该6信道声光调制器工作波长为355 nm,工作频率为220 MHz,单信道衍射效率>75%,全局串扰<0.5%。

基于漏纵波模式的高频宽带低插损滤波器设计

采用常规的瑞利声表面波设计低插损、大带宽的高频声表滤波器,难以满足设计要求。该文设计了一种基于多层膜结构的漏纵波(LLSAW)的高频宽带低损耗声表面波(SAW)滤波器。确定了激发LLSAW的波导结构,建立器件的二维理论模型;研究了电极各项参数对杂散的影响,在此基础上对电极参数进行了优化设计。研究发现,将串联谐振器的反射栅对数设置为6时,可有效抑制通带内的杂散。设计了镜像T型及镜像π型LLSAW结构滤波器,并进行性能比较分析。结果表明,镜像T型结构更能抑制杂散响应,设计的镜像T型结构LLSAW滤波器的中心频率为3545 MHz,插入损耗为-1.416 dB,-3 dB带宽为274 MHz,带外抑制大于-30 dB。

基于X-LiNbO_(3)/SiO_(2)/Si低温漂、大机电耦合SH-SAW谐振器的设计

铌酸锂(LN)单晶薄膜具有较高的机电耦合系数(k_(eff)^(2)>30%),其水平剪切(SH)声学模式常被应用于开发具有大机电耦合系数的薄膜声学谐振器和超宽带滤波器。但LN的频率温度系数较大(TCF>-50×10^(-6)/℃),这不仅会降低滤波器的可用有效带宽,同时也会限制器件的功率处理能力。采用3D周期有限元模型对基于X切LN/SiO2/Si结构SH声表面波(SH-SAW)谐振器进行了优化研究。研究结果表明,当SH-SAW传播角ψ=-10°~-20°、LN和SiO2膜厚分别为hLN=0.1λ和hSiO_(2)=0.2λ(λ为叉指换能器周期)、铝电极金属化率η=0.4、电极相对厚度hAl/λ=5%~10%时,SH-SAW谐振器的k_(eff)^(2)约为30%,且其TCF<-20×10^(-6)/℃,有望用于开发新一代的低温漂、超宽带5G SAW滤波器。

声表面波滤波器温度敏感性仿真研究

针对不同温度场情况下任意复杂膜系结构和电路拓扑结构的声表面波(SAW)滤波器的温度敏感性精确计算问题,首先将温度场以热应力、热应变的方式耦合声/电本征方程并考虑封装模型的电磁因素,再结合分层级联算法和全波仿真技术,计算任意复杂膜系结构和电路拓扑结构的SAW滤波器的温度敏感性,实现不同温度作用下SAW滤波器频率响应曲线、频率温度系数(TCF)值、损耗、带宽及带外抑制等性能的综合分析。通过41°Y-X LiNbO_(3)/SiO_(2)/Si_poly/Si(111)复合衬底SAW滤波器的优化设计与研制,其设计优化结果与实验结果吻合较好,验证了该方法的有效性和可行性。

级联声光器件与回音壁模式微腔实现非对称传输

本文提出利用级联声光效应器和耦合回音壁模式微球腔的方案来实现非对称传输效果,并进行理论和实验验证.实验中利用加热拉锥的方式制备了两段式光纤,可同时实现声光效应的激发和回音壁模式的耦合.利用光纤中声光效应将纤芯基模中的矢量模式转换到包层高阶模式,由于基模中不同矢量模式转换包层模式的矢量模式也不同,从而产生类似双折射效果,使输出的包层模式产生偏振变化.而后通过耦合回音壁模式微腔将包层模式转换回纤芯基模.由于回音壁模式的偏振选择效果,使得相反方向入射光能量具有不同的透射特性,其传输隔离度可达17 d B.此外,对两个方向传输的透射率随偏振角度变化进行测试,测得声光效应带来的偏振变化约为80°.本文的非对称传输方案继承了声光器件响应迅速、调谐性良好的优势,同时具有全光纤结构和无工作阈值的特点,在光开关、光隔离器等场景具有重要的应用潜力.

基于FBG传感器阵列反演结构振动位移的监测方法

针对现有振动位移监测方法易受环境影响且精度不高的问题,提出了一种基于光纤布喇格光栅(FBG)传感器阵列反演结构振动位移的监测方法。该方法使用FBG传感器阵列获取结构振动过程中的多点应变和单点加速度数据,先利用基于正交曲率的曲线重构算法和获得的应变数据重构结构各点的动态位移,然后运用卡尔曼滤波算法将曲线重构算法导出的位移数据与同位置处的单点加速度数据相融合,获得更为准确的位移数据。实验结果表明:该方法可成功重构出监测结构任意时刻的振动形态,悬臂铝板和简支管道的振动位移重构相对均方根误差分别小于5.5%和7%。

压电复合薄膜的SAW器件杂波抑制及仿真方法

针对任意复杂膜系结构压电复合薄膜声表面波(SAW)器件横向杂波抑制及精确快速仿真方法,从数学上严格分析推导了有限长结构分层级联理论和色散2D-COM模型,可精确快速地计算压电复合薄膜SAW器件传播方向及孔径方向结构对杂波模式的影响,并通过色散2D-COM模型对SAW器件杂波抑制进行综合分析。通过对41°Y-X LiNbO_(3)/SiO_(2)/Si_poly/Si(111)复合衬底SAW谐振器的优化设计与研制,结果表明,设计优化结果与实验结果吻合较好,验证了该方法的有效性和可行性。

背腔刻蚀型横向激励薄膜体声波谐振器制备技术研究

随着移动通信技术的快速发展,薄膜体声波滤波器逐渐向高频和大带宽方向发展。该文研究了POI(LiNbO_(3)/SiO_(2)/Si)基片上背腔刻蚀型横向激励薄膜体声波谐振器制作工艺,通过研究POI基IDT光刻、背腔硅刻蚀等工艺,确定了IDT层曝光量和背腔刻蚀等关键工艺参数。研制出的背腔刻蚀型横向激励薄膜体声波谐振器,其谐振频率为4565 MHz,反谐振频率为5035 MHz,机电耦合系数为20.86%。此制备工艺对研究高频、大带宽薄膜体声波滤波器具有重要的参考意义。

基于软件无线电方案无线无源SAW温度阅读器设计

目前谐振型声表面波(SAW)阅读器射频电路大多采取分立器件设计,针对系统整体工作频段受限,硬件设计繁琐的问题,该文提出了一种软件无线电方案。软件无线电系统主体由ZYNQ和AD9361组成,射频收发端口添加LNA、PA进行信号功率放大,使用射频开关隔离收发。通过发射步进频率5 kHz、带宽1 MHz扫频信号,并对回波进行频谱分析求取最大值,最终得到谐振频率。针对SAW传感器回波持续时间较短而导致FFT计算分辨率的不足,使用重复采集增加数据长度,将阅读器的分辨率提高到468.75 Hz。实验结果表明,该阅读器能够正确探测传感器温度变化。

低插损窄带TCSAW滤波器的设计与研制

为了减小窄带滤波器的插入损耗,在梯形拓扑的基础上引入并联电容,提出了一种并联电容型梯形拓扑。利用并联电容大幅度改变反谐振点频率的特点,以牺牲较小插入损耗的代价来缩小带宽。通过谐振器设计与进化算法寻优,成功研制出一款基于SiO_(2)/Cu/127°YX-LiNbO3结构的低插损窄带温补型声表面波(TCSAW)滤波器。实验结果表明,滤波器的中心频率为1514 MHz,相对带宽为0.46%,带内插入损耗仅1.45 dB,过渡带20 MHz带外抑制滚降到24 dB,远带带外抑制大于30 dB,WiFi频段抑制高达48 dB,频率温度系数TCF为-20×10^(-6)/℃,器件尺寸为1.1 mm×0.9 mm。

基于声子晶体的兰姆波谐振器品质因数改善机制研究

针对兰姆波谐振器谐振频率在超过6 GHz时传输损耗高的问题,提出了一种基于具有明显带隙的声子晶体(PnC)阵列的锚杆,能有效提高薄膜铌酸锂兰姆波谐振器(LWR)的品质因数(Q),从而降低兰姆波滤波器的插入损耗。通过构建PnC结构有限元仿真模型研究了PnC结构的色散关系,采用PnC延迟线模型设计,研究了PnC阵列的传输特性,并通过建立谐振器性能的对比分析。结果表明,在谐振频率稳定的条件下,与传统均匀梁锚杆谐振器相比,PnC阵列锚杆谐振器的Q值提升了5倍。

干涉式光纤陀螺跨条纹工作误差研究

在干涉式光纤陀螺中,当调制信号超出限制并进行2π复位时,调制信号输入的调制量与输入角速度间出现了2π的相位差,这使实际的干涉相位出现左移或右移2π,即跨条纹工作。在光纤陀螺闭环系统中,跨条纹工作产生的误差体现在随机游走系数和非线性度上。该文通过优化调制方案建立跨条纹误差抵消机制,可使跨条纹产生的误差互相抵消,从而提高光纤陀螺的非线性度和随机游走系数。经过仿真和实验表明该方法有效。

基于IDT/ZnO/AlN/Diamond结构的混合SAW/BAW压力敏感元件特性研究

利用有限元方法分析了基于IDT/ZnO/AlN/Diamond不同结构混合SAW/BAW器件的声学特性,包括层状薄膜结构、ZnO薄膜刻蚀结构和填充结构。结果表明,当h_(ZnO)/λ=0.3、h_(AlN)/λ=0.5,且ZnO被完全刻蚀(d/h_(ZnO)=1)时,刻蚀结构混合SAW/BAW(准西沙瓦波)的机电耦合系数(K^(2))取得最大值6.54%,比层状结构(d/h_(ZnO)=0)提升了近一倍。刻蚀结构中,SiO_(2)和Diamond填充物的引入不仅提高了准西沙瓦波的K_(2),而且改善了其压力传感特性。当d/h_(ZnO)=1时,SiO_(2)和Diamond填充结构准西沙瓦波的压力频移分别为81.2 kHz/MPa和207.4 kHz/MPa,比刻蚀结构分别提高了58.7%和300%;同时,Diamond填充物的引入使准西沙瓦波的频率压力系数(PCF)达到最大值297×10^(-6)/MPa,比d/h_(ZnO)=0时提高了约30%。由此可知,通过引入不同的填充物可以开发不同的功能传感器,在压力、温度和气敏等传感领域将具有极大的应用前景。

基于双路AOTF-NIR的静态目标DoLP探测系统研究与设计

双路宽光谱AOTF-NIR器件在遥感偏振成像系统中得到广泛应用,系统采用双路AOTF-NIR及四路红外CCD相机相结合的方式来获取静态目标物光谱图像,通过上位机控制AOTF-NIR的入射角度及双路射频驱动频率实现900 nm~1 700 nm的DoLP光谱成像,同时从晶体阻抗匹配角度分析了双路AOTF-NIR宽带匹配新方法,给出了一种衍射效率峰值可达73%、光谱成像清晰度较高的带通型匹配网络。通过在1 120 nm的0°,45°,90°,135°衍射光强度与DoLP成像实验表明该系统可有效获取静态目标物在强度成像系统无法获得的结构特征等信息,可为近红外遥感成像与识别技术提供一定的理论依据。

基于反射镜光管理结构的高响应有机光电探测器

与无机材料光电探测器相比,使用有机半导体材料制备的光电探测器具有制作工艺简单、易于集成、柔性好、延展性好、性能稳定等优点,但由于吸收层较薄,外部量子效率(EQE)和响应度通常较低。因此,如何利用不同的光学结构最大化有机薄膜吸收层的吸收率被广泛研究。本文成功制备出一种基于光管理结构的高响应度有机光电探测器。实验结果表明,在-10 V的偏压下,暗电流低至3.2 nA。对于有机吸收薄层,在260~980 nm波长下均具有良好的光电流响应,尤其在850 nm波长下获得了0.03 A/W响应度。与普通的有机光电探测器相比,具有光管理结构的有机光电探测器响应度显著提高了530%,比探测率增加了一个数量级,整体量子效率提高了200%。以上实验结果证明了光学增强结构对这种薄膜吸收层光电探测器的重要性,其性能尚可进一步提高,可媲美传统厚膜吸收层光电探测器。

杂模抑制薄膜体声波谐振器的仿真分析

该文研究了电极边界阶梯结构对薄膜体声波谐振器(FBAR)杂波的影响。采用有限元仿真法讨论了阶梯结构宽度尺寸对杂波的抑制效果,结合振型分析该结构能抑制声波能量的泄露,提高器件品质因数。为了进一步验证仿真结果,实验制备了FBAR器件。测试结果表明,当该阶梯结构凸起宽度为3μm,凹陷宽度为1.5μm时,谐振器杂波被有效抑制,反谐振频率处的品质因数约增大100。

电磁寄生参数对SAW滤波器性能的影响

设计了B41频段的声表面波(SAW)滤波器,利用三维电磁场仿真工具HFSS建立表面贴装器件(SMD)封装和芯片级(CSP)封装模型,对比两种封装的声-电磁联合仿真结果得出,在滤波器电路拓扑结构中,当2条不同并联支路连接在一起时,由于SMD封装键合引线的电磁寄生参数影响,滤波器在高频处的带外抑制会出现“上翘”。建立不同键合线数量、直径及长度的SMD封装模型,并仿真计算S参数。对比仿真结果可知,随着键合线直径的增大和长度的减小,其等效电感逐渐变小,即键合线的电磁寄生参数逐渐减小,对SAW滤波器性能的影响逐渐减弱,高频处的带外抑制性能得到优化。结果表明,CSP封装植球倒扣的电磁寄生参数更小,声-电磁联合仿真的结果更优,与实测结果吻合较好。

基于氧化锌薄膜声表面波器件的细胞富集方法

针对常见的铌酸锂等压电单晶在高温易碎裂且不能弯曲等问题,提出了一种区别于传统压电单晶富集细胞的方法。通过磁控溅射技术在硅衬底上制备了厚度为3.83μm的氧化锌薄膜,并用扫描电子显微镜与X射线衍射表征了薄膜性能,在薄膜表面制备了频率为195 MHz的叉指换能器,插入损耗为-33.8 dB,且仿真分析了该器件的声场。结果表明,表面波声束集中在换能器声孔径处,液滴位于声束边缘。实验结果表明,该器件能够驱动液滴产生3.9×10^(-3)m/s流速的涡旋,并在20 s内富集了悬浮于液滴中的微球和人体淋巴细胞,将液滴中细胞的浓度提升55倍。

倾斜结构对LiTaO_(3)-POI多层结构的SAW谐振器性能的影响

旨在探究倾斜结构在LiTaO_(3)-POI多层结构上对SAW谐振器横向模态杂散的影响。通过有限元方法(FEM),构建两种单端口谐振器模型,半周期P为0.98μm和1.42μm,孔径均为40P。然后对一系列倾斜角度(0°,2.5°,5°,7.5°,10°,12.5°,15°,17.5°,20°)进行了仿真分析,并完成版图绘制和流片测试。研究结果表明,实测数据与仿真结果之间具有高度一致性。在相同的半周期条件下,随着倾斜角度的增加,SAW谐振器对横向模态杂散抑制能力在一定范围内先增强后减弱。机电耦合系数随之逐渐减小,阻抗比的变化规律是先增大后降低,特别是在倾斜角度为2.5°和5°时,阻抗比达到最大值。这些规律揭示了倾斜结构对LiTaO_(3)-POI多层结构SAW谐振器横向模态杂散具有显著的抑制作用,为SAW滤波器的设计和制造提供了重要的理论依据和实践指导。研究结果表明,适当的倾斜角度能够有效优化SAW谐振器的性能,对于高性能射频滤波器的研制具有重要意义。