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貼片晶振對激光的反射和吸收
完整的生產(chǎn)出一顆貼片晶振需要經(jīng)過三十幾道工序，但是相關的晶振技術比制造步驟還要多，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行頻率微調(diào)的新型技術，被晶振廠家大面積應用到石英晶振生產(chǎn)活動中。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)運用激光刻蝕頻率微調(diào)技術到石英晶振，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,在材料表面會發(fā)生反射、散射、吸收等,要進行激光輻射的熱效應理論計算,首先要知道有多少輻射能量被材料吸收。對于透明或半透明的材料,需要測量材料的反射率和透射率,而對于不透明材料,只需要測量其反射率就足夠了。
從微觀來看,激光對石英晶振的作用是高頻電磁波對物質(zhì)中自由電子或束縛電子的作用,物質(zhì)對激光的吸收與物質(zhì)結構和電子能帶結構有關。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迫振動而產(chǎn)生次波這些次波形成了強烈的反射波和較弱的透射波,透射部分將被電子通過軔致輻射過程而吸收,繼而轉化為電子的平均動能,再通過電子與晶格之間的馳豫過程轉變?yōu)闊崮?。非金屬與金屬不同,它對激光的反射比較低,對應的吸收比較高。電介質(zhì)對激光吸收與束縛電子的極化,單光子或多光子吸收,以及多種機制的非線性光學效應有關。透明電介質(zhì)表面或體內(nèi)的雜質(zhì)和缺陷往往強烈吸收激光,成為破壞的根源。石英晶體諧振器對激光的吸收有多種機制,以本征吸收最為重要,產(chǎn)生的電子一空穴對很快通過無輻射躍遷復合,將吸收的光能轉變?yōu)闊崮堋５入x子體是特殊條件下存在的電離氣體,蒸氣等離子體對激光有很強的吸收作用。
折射率和吸收系數(shù)：
光波(電磁輻射)在不帶電的、各向同性的導電媒質(zhì)中傳播時,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)中的電場強度為E,E。和是自由空間的介電常數(shù)和磁導率,E,是媒質(zhì)的相對介電常數(shù),σ是媒質(zhì)的電導率。對于磁場強度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
因為光波在媒質(zhì)中的傳播速度v應等于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a≠0時,N為復數(shù),設
對于磁場強度分量H,可得出相似的式子
從上述兩個式子得知,σ≠0時,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距離時能量減弱到原來能量的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σ=0時,n=√G,,κ≈0。這說明對于非導電性材料,沒有光吸收,材料為透明狀。在電介質(zhì)中,電磁波沒有衰減地傳播;而在導電媒質(zhì)中,如在金屬和半導體中,波的振幅隨著透入的深度而減小,即存在光吸收。
