石英晶振激光减薄调频技术的研究

　　石英晶振的谐振频率在出厂前需要进行微调，使之达到需要的标称值。传统微调采用蒸发镀膜法，存在一致性和膜层可靠性差的问题。本研究把激光微加工技术应用于该领域，利用激光使电极膜层汽化减薄，从而使晶振的频率升高到预期值。本文重点研究了激光器的工作电流和 Q脉冲宽度对晶振频率微调的影响。

　　对标称频率为 10MHz 的石英晶振进行激光调频实验，当激光器工作电流为 11A，激光脉冲宽度为 8μs 时，晶振的频率调节量与刻蚀次数的关系如图1所示，经 10 次刻蚀后晶振其他电性能参数变化如表1所示。

表1 刻蚀前后其它电性能参数的变化

　　类似地，分别固定激光器工作电流，调节激光 Q 脉冲宽度或固定激光器 Q 脉冲宽度，调节激光器工作电流进行调频实验后发    图1 调频量△f 与刻蚀次数n关系现如下规律：

图 1  调频量△f 与刻蚀次数 n 关系

　　（1） 若工作电流比较小或Q脉冲宽度比较大时（本研究中电流小于 10A或Q脉冲宽度大于 10μs） ，激光脉冲的峰值能量达不到银的刻蚀阈值，无法对晶振频率进行有效微调。

　　（2） 增加工作电流或减小Q 脉冲宽度能提高激光脉冲的峰值能量，当激光脉冲能量达到一定值时（本研究中电流为 11A、Q 脉冲宽度为 4μs～8μs） ，频率微调量与刻蚀次数近似呈线性关系，微调量易于控制且刻蚀后晶振其它电性能参数变化不大。在该条件下，总调频量分布在7.96ppm～9.24ppm 之间，刻蚀参数的变化对频率调节量影响不大，而且刻蚀后电极膜完整无损，石英晶体也没有因为激光的热效应而发生相变。

　　（3）若工作电流过大或 Q 脉宽过小时时，激光峰值功率密度过大，电极膜层很容易被损伤而导致晶振不能起振。

　　 （4）相对于 Q脉宽，电流的变化对刻蚀效果影响更明显，这是因为 Q 脉宽的减小对激光器的输出功率影响不大，只是提高了激光脉冲的峰值功率，而电流的增加不仅提高了峰值功率，还增大了激光器的输出功率。