JPS6066483A - 強誘電体単結晶を用いた圧電変換素子 - Google Patents

強誘電体単結晶を用いた圧電変換素子

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JPS6066483A
JPS6066483A JP58174070A JP17407083A JPS6066483A JP S6066483 A JPS6066483 A JP S6066483A JP 58174070 A JP58174070 A JP 58174070A JP 17407083 A JP17407083 A JP 17407083A JP S6066483 A JPS6066483 A JP S6066483A
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洋 清水
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧電変換素子に関し、特に2強誘電体単結晶
を用いた圧電変換素子に関するものである。
従来、圧電セラミンクを用いて、共振子、超音波遅延回
路、超音波光変調器用のトランスジューサ等の圧電変換
素子を構成することは、公知である。しかしながら、数
百MHz以上の高周波になると、セラミックの音響損失
がかなり大きくなる欠点がある。また、光変調器や光偏
向器の場合には、透明な単結晶上に圧電セラミックカラ
なる超音波トランスジー−サを接着する必要があり、変
換効率が高くばらつきの小さな光学装置を得ることは困
難である。
本発明者等は、圧電セラミックの上記欠点に鑑み9強誘
電体単結晶を用いた圧電変換素子を構成することを意図
し1強誘電体単結晶の分域制御法を種々検討したところ
、交差指電極を用いることによって分域制御が可能であ
ることを見出した。
本発明は2強誘電体単結晶の分域制御についての、この
ような新たな知見にもとづいてなされたものである。
即ち1本発明は2強誘電体単結晶表面上に。
周期Pとする交差指電極が形成されており、該強誘電体
単結晶表面層には、反平行の自発分極を持った細長い領
域が上記交差指電極と同じ周期をもって交互に形成され
ていることを特徴とする強誘電体単結晶を用いた変換素
子である。
なお、上記自発分極を有する細長い領域と上記交差指電
極とは、互いにP/2周期ずれて構成すると、異なる特
性のものが得られる。
強誘電体単結晶は、特に限定されるものではないが、ニ
オブ酸リチウム(LiNbO2)やタンクル酸リチウム
(Li’f’aO3)等が実用上好ましい。
以下1本発明について2図面を参照して詳細に説明する
まず、第1図および第2図を参照して分域制御について
説明する。
第1図を参照して1強誘電体単結晶1の表面上に1図示
のとおりの交差指電極2を形成する。
電極指は幅a、長さWで9周期Pをもって形成され、一
つおきに共通に接続されて、くシ形電極2a 、 2b
を構成している。 なお、電極材料としては゛、単結晶
のキュリ一点以上に加熱しても消失しないような材料を
用いる必要がある。このような材料としては2例えば、
銀ペーヌト充用いられる。
各電極指は結晶軸のX軸に平行に延在するように設け、
クシ形電極2a、2b間に直流電圧を印加したままキュ
リ一点から温度下げる分極処理を施したところ、単結晶
の表面層に反平行の自発分極を持った領域が電極と同じ
周期で交互に形成された。この分極領域の確認は1分極
処理された単結晶を硝酸と7ノ酸の混合液でエツチング
した後、顕微鏡や、偏光顕微鏡で観察することによって
行なわれた。
第2図に分域モデルを示す。第2図(a)は、単結晶が
?5°回転Y板の場合を示し、第2図(b)は。
164°回転Y板の場合で、各図において、領域A。
Bが、C軸がそれぞれ正および負の方向を向いた単分域
の領域で、C領域が多分域を示している。即ち、95°
回転Y板では電極指2の直下が。
164°回転Y板では電極指間で、それぞれ単分域化さ
れている。
このように、交差指電極を用いて強誘電体単結晶の分域
制御が行なえるので、これを利用して圧電変換を行なわ
せることができ、共振子。
超音波遅延素子、光変調器等に利用できる。
以下実施例について説明する。
実施例−1 LITaO3単結晶からなる。厚さ0.96mmの95
゜回転Y板と、厚さ0.31m++の164°回転Y板
のそれぞれの表面に、第1図と同様の交差指電極を。
P= 6DOltm、 a/P= 0.5. W= 4
.2W、 N (電極指対数)=3.5として形成し、
交差指電極の端子間インピーダンスの周波数特性を測定
した。分極処理の際の印加電圧Vdc/ (P −a 
)としては、95゜回転Y板の場合は、8,11.24
ηiの6種類について、164°回転Y板の場合は、 
8.16.24を6の3種類について、それぞれ、実験
した。
第3図(a) 、 (b)は、それぞれ、95°回転Y
板のVdc/ (P −a ) −11ηらの場合、お
よび164°回転Y板のvdc/ (P−a ) = 
16 V/+c+nの場合のインピーダンスの絶対値の
周波数特性である。
直流電圧を印加せずに、キュリ一点から温度を下げた試
料では全く共振レスポンスが観測されなかったが、直流
電圧を印加して分域制御を行なったものでは、第6図に
示されるように多くの共振レスポンスが現れた。Vdc
/ (P −a )=8V/cmの場合には、第3図の
場合よりもレスポンスが小さかったが、 Vdc/ (
P −a ) −24V/cmの場合には、第6図とほ
ぼ同様であった。
このことから、 Vdc/ (P −a )の値は、1
5〜20■偽で十分であろうと思われる。
第6図(a)では9周期的な共振レスポンス(L2〜t
’a)が観測されているが、これらは、高次厚み縦振動
の共振周波数の理論値と良く一致している。
このことは、また1表面に垂直な方向に縦波バルク波の
励振が可能であることを示している。
一方、第3図(b)の164°回転Y板では、高次の厚
み縦振動および厚みすべり振動の共振周波数の理論値と
一致するような大きなレスポンスはない。したがって9
表面に垂直な方向には縦波も横波もほとんど励振されな
いことになる。
第6図(b)に現われた共振レスポンスは表面波あるい
は表面に対して斜めに伝搬するバルク波によるものと考
えられる。
実施例−2 次に実施例1で得た1分域処理された単結晶板上の電極
を取り除き9同じ構造の交差指電極を、取り除く前の交
差指電極とは、半周期(P/2だけずらせて形成した。
この場合のインピーダンヌの周波数特性を第4図に示す
95°回転Y板の場合を示す第4図(a)、164°回
転Y板の場合を示す第4図(b)を、第6図(a)、(
b)とそれぞれ比較すれば明らかなように1本実施例の
場合、非常に大きな共振レスポンスが周期的に現われて
おり、その周波数は高次厚みすべり振動の共振周波数の
理論値と良く一致している。したがってセラミックの場
合と同様に表面に垂直な方向に横波の励振が可能である
ことがわかる。
上記実施例1および2で示したように1本発明による強
誘電体単結晶を用いた圧電変換素子は、前述のように、
共振レスポンスを示すので。
振動子として利用できるが、同時に表面に垂直な方向に
縦波あるいは横波を励振できるので。
超音波トランスジューサとして利用できる。
次に、この超音波トランスジューサを用いた) 遅延素
子の実施例について説明する。
実施例−3 第5図に11で示すように、互いに平行な2つの2面を
持ったLiTaO3単結晶ブロックを切り出し2両Z面
上に第1図に示すと同様の構造で。
実施例1と同寸法の交差指電極12.13を形成した。
各交差指電極にVdc/ (P −a ) = 16 
V/Cmの直流を印加して分極処理を施した。かくして
、単結晶ブロック11の平行両端に人出トランスジュー
サを備えた遅延素子が得られる。なお平行な2面間距離
は8.6■であった。
今、一方の交差指電極12ヘインパルスを入力させたと
き、他方の交差指電極から遅延してパルス波が出力され
た。
第6図は、この出力波形図を示している。最初のパルス
と2番目のパルスの遅延時間からめた速度は、縦波速度
の理論値と良く合致している。即ち、R波超音波の遅延
素子が得られている。
なお、 第6図で、第1と第2のパルスのI’s’] 
K生じているスプリアスはブロックの側面で反射した波
によるものと考えられる。
捷た。 RFパルスの送受の実験からこの縦波用トラン
スジューサの変換損は11 MHzで30tiB程度で
あることがわかった。
実施例−4 実施例6と同様にして分域制御した単結晶ブロックの両
端の交差指電極12.13を除去し、同表面に、実施例
2と同様にして、同じ構造の交差指電極を半周期(P/
2)だけずらせて形成した。
この電極を用いて励振すると、実施例2で示したように
横波が励振される。
今一端の交差指電極にインパルスを入力し。
他端の出力波形を観察すると第7図のとおりである。こ
の横波用)・ランスジューサの変換損は7MHzで約2
4dBであった。
実施例3,4から明らかなように2強誘電体単結晶の表
面に交差指電極を形成して分極処理を施すこと、あるい
は、その後、交差指電極の位置をP/2ずらせて設ける
ことによって超音波トランス・/ユーザが得られるので
1例えば、光変調器や光偏向器のような、透明な強誘電
体表面に、直接超音波トランスジー−サを形成でき。
従来のように、セラミック超音波トランスジューサを透
明誘電体上に接着する構成を採る必要がなくなるので1
本発明の圧電変換素子は、超音波光変調器等に有利に用
いることができる。
以上の説明から明かなように9本発明によれば2分域制
御された強誘電体単結晶からなる圧電変換素子が得られ
、しかも、その人カインピ−ダンスは共振レスポンスを
示すので、高周波での共振子を提供できるとともに、音
響損失の小さな超音波トランスジー−サを提供でき、遅
延素子に利用できるとともに、透明体に直接超音波トラ
ンスジューサを構成した超音波光変調器や光偏向器を可
能にするという種々の利点を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は9本発明の圧電変換素子の一実施例を示す図で
、(a)図は斜視図、(b)図は断面図である。 第2図は、第1図の変換素子における分域モデルを示す
図で、(a)図は単結晶が95°回転Y板の場合で、(
b)図は164°回、転Y板の場合である。 第6図は、実施例1におけるインピーダンスの周波数特
性を示す図で、(a)図は、単結晶として95°回転Y
板を用いた場合、(b)図は、164゜回転Y板を用い
た場合である。 第4図は、実施例2におけるインピーダンスの周波数特
性を示す図で、(a)図は95°回転Y板を用いた場合
、(b)図は164°回転Y板を用いた場合を示してい
る。 第5図は、遅延素子に用いた実施例を示す断面図である
。 第6図は、第5図の遅延素子の出力波形図である。 第7図は、第5図の交差指電極を半周期ずらせた実施例
4における出力波形を示す図である。 図において。 1・・・強誘電体単結晶。 2・・・交差指電極。 2a、2b・・・電極指。 11・・・強誘電体単結晶ブロック。 12、1.3・・・交差指電極。 A、B・・・単分域、 C・・・多分域。 図面の浄書(内容に変更なし) 第1図 第2図 (Q) 第3図 周濠数(MHz) 周滌数(にHz) 琳4図 (0) 周波数(MHz) 周5床数 (MHz) 第5図 j 弗6図 第7図 手続補正書(方式) %式% 1、事件の表示 昭和58年特許願第174070号 2、発明の名称 強誘電体単結晶を用いた圧電変換素子 6、補正をする者 氏名 清 水 洋 4、代理人 〒105 5、補正命令の日付 一ヤ 自発補正 〉\ 1【10ijl、ン(川 6、補正の対象 1)明 細 書 2)図 面 3)委 任 状 4)証 明 書 Z 補正の内容

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、強誘電体単結晶表面上に2周期Pとする交差指電極
    が形成されており、該強誘電体単結晶表面層には1反平
    行の自発分極を持った細長い領域が上記交差指電極と同
    じ周期をもって交互に形成されていることを特徴とする
    強誘電体単結晶を用いた圧電変換素子。 2、特許請求の範囲第1項の圧電変換素子において、上
    記自発分極を有する細長い領域と上記交差指電極とは、
    互いにV2周期ずれていることを特徴とする圧電変換素
    子。
JP58174070A 1983-09-22 1983-09-22 強誘電体単結晶を用いた圧電変換素子 Granted JPS6066483A (ja)

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JPH0354894B2 JPH0354894B2 (ja) 1991-08-21

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6471207A (en) * 1986-09-02 1989-03-16 Hiroshi Shimizu Device utilizing linbo3 substrate having polarization inverting region

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4959551A (ja) * 1972-06-27 1974-06-10
JPS5583274A (en) * 1978-12-20 1980-06-23 Toshiba Corp Piezo-electric sheet and method of fabricating the same

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