[发明专利]具有非周期结构的声学超晶格谐振器及其杂峰抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及可应用于通信领域的超晶格谐振器，特别涉及一种振子由非周期声学超晶格和外加电极构成，振子谐振特性可由超晶格结构进行调控的声学超晶格谐振器。

背景技术

声学超晶格是一种压电系数等二阶张量受到人工调制，而波速、折射率等物理量保持整体均一的人工微结构材料。声学超晶格可通过在一定均匀基底材料上制备出所需的微结构而得到。常用的基底材料有LiTaO3以及LiNbO3等，制备方法主要有室温极化法以及生长条纹方法。其中，室温极化法的原理更为直接，目前已获得较为广泛的应用。利用室温极化法可将均匀基底材料的部分晶畴取向根据需要进行反转，从而制备获得所需的声学超晶格材料。

由于声学超晶格本身具有压电效应，在电场的作用下超晶格中会产生应力和应变，而应力和应变又会产生极化电场。因此，在外加电磁波的作用下，声学超晶格中会激发产生相同频率的弹性波，电磁波和弹性波之间还会发生耦合，形成一系列丰富的物理效应。由于超晶格微结构的存在，声学超晶格与电磁波的相互作用性质与均匀晶体相比又有很大不同。声学超晶格中的每一个点都将成为应力波的一个点波源，而其初始相位受到超晶格微结构的调制。因此，可通过超晶格结构设计，对其中的物理过程进行人工调控。

声学超晶格的以上性质可用于实现超声器件。例如，声学超晶格目前的一个实际应用就是用于制备超声谐振器元件。只需在适当切割的声学超晶格的两个端面镀上电极，即可构成一个谐振器的原型器件，其示意图如图1所示，其中基片两个端面的部分代表电极，基片中间隔的方框代表超晶格的正负畴结构。关于声学超晶格在谐振器方面的应用已经有了一些研究工作。例如，申请号为97106837.2的国家保密实用新型专利《具有分布电畴铁电晶体声学超晶格的高频器件》对外电场激励下的声学超晶格中的基本振动模式进行了研究。指出当外加电磁波的频率与声学超晶格的谐振频率一致时，其谐振曲线将出现显著的谐振峰。此时超晶格具有谐振器的特性，其谐振频率只由超晶格的周期所决定，而与超晶格的总长度无关。因此声学超晶格滤波器具有高频、大功率等特点。此外，若将多个谐振器适当组合，还可以进一步制备获得滤波器等更复杂的高频声学器件。

在专利97106837.2中已经对声学超晶格谐振器的基本原理进行了研究。但对其中的超晶格的结构局限于周期结构以及准周期Fibonacci结构的简单情况。这将对超晶格谐振器的应用产生一定的局限性。例如，周期结构的声学超晶格只有一个独立的谐振频率，准周期Fibonacci结构也只能最多实现两个独立的谐振频率。此外，对于谐振器带宽展宽以及谐振曲线上的杂峰等问题，周期、准周期结构缺乏有效处理手段。

发明内容

针对上述问题，申请人行了研究改进，提出一种按需设计的具有非周期结构的声学超晶格谐振器，对其结构设计方法进行详细描述，并对谐振器带宽展宽以及抑制杂峰等问题提出相应解决方案。

本发明的技术方案如下：

一种具有非周期结构的声学超晶格谐振器，包括声学超晶格材料的基片，基片的两个端面镀有电极，所述基片的声学超晶格结构为非周期结构，可同时提供多个独立谐振频率，其声学超晶格结构函数由公式表示为：N>1；其中x轴为外加电极作用下声学超晶格结构中产生的弹性波的传播方向，N表示该声学超晶格结构可提供的独立倒格矢的个数，G_n对应于声学超晶格结构中倒格矢的位置，C_n为权重系数。

其进一步的技术方案为：所述基片的声学超晶格结构为广义啁啾结构，可同时提供多个独立谐振频率，且谐振带宽可通过调节声学超晶格结构参数进行展宽，其声学超晶格结构函数由公式表示为：N>1；其中x轴为外加电极作用下声学超晶格结构中产生的弹性波的传播方向，N表示该声学超晶格结构可提供的独立倒格矢的个数，q_n(x)为x的二次多项式或更复杂的缓变函数，C_n为权重系数。

本发明还提出一种适用于具有非周期结构的声学超晶格谐振器的杂峰抑制方法，其方法为：对超晶格占空比进行空间调制，使得超晶格不同位置的占空比不是常数；在超晶格边缘位置设置的占空比小于在超晶格中心位置设置的占空比。

本发明的有益技术效果是：

本发明由超晶格基片加镀表面电极所构成，可以提供多个独立的谐振频率，且谐振器的带宽、插入损耗、谐振曲线平滑度等性能指标可以通过超晶格结构进行调控，具有高功率、设计方法简便、设计自由度大等优点。