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貼片晶振對(duì)激光的反射和吸收
完整的生產(chǎn)出一顆貼片晶振需要經(jīng)過(guò)三十幾道工序，但是相關(guān)的晶振技術(shù)比制造步驟還要多，激光刻蝕頻率微調(diào)就是其中之一，這是一種利用激光掃描晶體刻蝕圖形進(jìn)行頻率微調(diào)的新型技術(shù)，被晶振廠家大面積應(yīng)用到石英晶振生產(chǎn)活動(dòng)中。最終目的是為了大量的提升產(chǎn)量和品質(zhì)，金洛鑫電子建廠十多年，早已經(jīng)運(yùn)用激光刻蝕頻率微調(diào)技術(shù)到石英晶振，陶瓷晶振，貼片晶振，圓柱晶振，32.768K晶振，49S晶振的產(chǎn)線上。
激光束入射到晶振材料表面,在材料表面會(huì)發(fā)生反射、散射、吸收等,要進(jìn)行激光輻射的熱效應(yīng)理論計(jì)算,首先要知道有多少輻射能量被材料吸收。對(duì)于透明或半透明的材料,需要測(cè)量材料的反射率和透射率,而對(duì)于不透明材料,只需要測(cè)量其反射率就足夠了。
從微觀來(lái)看,激光對(duì)石英晶振的作用是高頻電磁波對(duì)物質(zhì)中自由電子或束縛電子的作用,物質(zhì)對(duì)激光的吸收與物質(zhì)結(jié)構(gòu)和電子能帶結(jié)構(gòu)有關(guān)。金屬中存在大量的自由電子,在激光作用下這些自由電子受到光頻電磁波的強(qiáng)迫振動(dòng)而產(chǎn)生次波這些次波形成了強(qiáng)烈的反射波和較弱的透射波,透射部分將被電子通過(guò)軔致輻射過(guò)程而吸收,繼而轉(zhuǎn)化為電子的平均動(dòng)能,再通過(guò)電子與晶格之間的馳豫過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋７墙饘倥c金屬不同,它對(duì)激光的反射比較低,對(duì)應(yīng)的吸收比較高。電介質(zhì)對(duì)激光吸收與束縛電子的極化,單光子或多光子吸收,以及多種機(jī)制的非線性光學(xué)效應(yīng)有關(guān)。透明電介質(zhì)表面或體內(nèi)的雜質(zhì)和缺陷往往強(qiáng)烈吸收激光,成為破壞的根源。石英晶體諧振器對(duì)激光的吸收有多種機(jī)制,以本征吸收最為重要,產(chǎn)生的電子一空穴對(duì)很快通過(guò)無(wú)輻射躍遷復(fù)合,將吸收的光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。等離子體是特殊條件下存在的電離氣體,蒸氣等離子體對(duì)激光有很強(qiáng)的吸收作用。
折射率和吸收系數(shù)：
光波(電磁輻射)在不帶電的、各向同性的導(dǎo)電媒質(zhì)中傳播時(shí),服從麥克斯韋方程組。由麥克斯韋方程組出發(fā)可得
式中,激光在介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度為E,E。和是自由空間的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率,E,是媒質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù),σ是媒質(zhì)的電導(dǎo)率。對(duì)于磁場(chǎng)強(qiáng)度H也可獲得類似的議程。
現(xiàn)考慮沿x方向傳播的平面電磁波,取E的一個(gè)分量E,其表示式為
式中E。為E的振幅,a為角頻率,y為平面波沿x方向的傳播速度。(4.12)式代入到(4.1.1)式,得
因?yàn)楣獠ㄔ诿劫|(zhì)中的傳播速度v應(yīng)等于c/N,其中N是媒質(zhì)的折射率,c是真空中光束,因此,有
顯然,當(dāng)a≠0時(shí),N為復(fù)數(shù),設(shè)
對(duì)于磁場(chǎng)強(qiáng)度分量H,可得出相似的式子
從上述兩個(gè)式子得知,σ≠0時(shí),光波以c/h的速度沿x方向傳播,其振幅按eˉmxe的形式下降。這里n是通常的折射率,而x則是表征光能衰減的量稱為消光系數(shù)。因此,光強(qiáng)按e2mx衰減,即
引入比例系數(shù)a,得:dI/dx=-aI,積分可得:
a稱為媒質(zhì)的吸收系數(shù),它的物理意義是:光在媒質(zhì)中傳播1/α距離時(shí)能量減弱到原來(lái)能量的1/e。將(4.1.8)、(4.1.9)式相比,得吸收系數(shù)：
并求解方程組得:
當(dāng)σ=0時(shí),n=√G,,κ≈0。這說(shuō)明對(duì)于非導(dǎo)電性材料,沒(méi)有光吸收,材料為透明狀。在電介質(zhì)中,電磁波沒(méi)有衰減地傳播;而在導(dǎo)電媒質(zhì)中,如在金屬和半導(dǎo)體中,波的振幅隨著透入的深度而減小,即存在光吸收。
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