目前用来制造石英晶体的石英和水晶,几乎都是采用人工培植的,就是所谓的人造石英晶体,它比天然的石英水晶的压电效应更好,而且进购方便快捷,成本更低,适合用来大规模的量产.晶体具体吸收红外线的功能,我们都知道红外线是一种不能长期被照射的微波与光之间的磁波,人体的肉眼是无法看见的.那么晶体谐振器是如何将红外线吸引,并转换成对自身有益的系数呢?日本石英器件工业协会材料委员会发布了日本石英器件工业协会在人造石英的红外吸收系数α值与材料Q值之间的关系中推荐的以下转换公式.
10-6/Q3585=-1.010阿尔法3585-2+5.252阿尔法3585+0.189(波数3585厘米-1中使用的情况下)
10-6/Q3500=-11.01阿尔法3500-2+9.448阿尔法3500+0.026(波数3500厘米-1至(如果使用)
人造石英晶振材料的等级由JIS标准JISC6704和IEC标准IEC60758Ed.4中的红外吸收系数定义.然而,作为现实情况,在客户中存在许多习惯使用材料Q值的示例,并且需要α值和材料Q值之间的准确转换公式.当前测量技术的问题如下:
1)需要高精度的α值测量方法.
2)无论使用何种测量波数,方程
都必须获得稳定的Q值.改善很重要.这一次,在东北大学的Soichi Kushibiki教授的指导下,我们大大提高了测量精度,并且能够检查上述转换公式.考虑到客户的便利性,日本石英设备行业协会推荐这种转换公式作为标准配方,请使用它.当用红外光照射人造石英水晶振子时,在特定波长处观察到红外吸收.图1显示了红外吸收波形.已经发现,这种吸收主要是由于人造石英中含有的OH基团.从该吸收波形量化的红外吸收称为吸收系数α值,并且如等式(1)中所定义.

图1人造石英的红外吸收光谱

公式(1)

1:参考波数(3800或3979)(厘米的透过率-1)
2:该参考波数(3500,3585或3410)的透射率(厘米-1),其中3585使用峰值
吨:测量样品厚度(cm)
三个波数用于测量α值,并且所使用的波数和所使用的转换公式对于每个公司是不同的.因此,为了即使波数不同也能够相当地评价人造晶振,我们已经编制了人造石英等级的参考值和每个波长的α值,如表1所示,并补偿了测量波长的差异.

(JIS标准:JISC6704,IEC标准:来自IEC60758Ed.4)

在表1中,人造石英的Q值也表示为参考值,该Q值称为材料Q,是通过将在人造石英中传播的弹性波的传播波除以损耗得到的.它变成了.已经说过,如果损耗为零,则Q值将是无限的,并且具有较高Q值的人造石英将具有较低损耗的贴片振荡器.,用具有大α值的人造晶体制造振荡器可以产生具有低Q值的振荡器,并且还提出了α和Q值的转换公式.存在很多变化,我们无法获得统一的转换公式.为了让客户知道Q值,他们每次都必须使用转换表,并且存在考虑波数差异的问题.因此,对用Q值而不是α值显示的人造石英的质量有很高的要求.这里,关于上述转换公式的变化,图2中示出了波数为3585cm-1的示例.然而,传统的红外吸收测量在测量精度方面存在限制,并且转换线变化很大.此外,具有高Q值的高质量人造石英具有大的变化.近年来,在需要高质量人造石英的情况下,对高质量人造石英的评价变得重要.

各公司α值和Q值转换公式的变化(当波数为3585cm-1时)

图3推荐的每个波数的α值和Q值的转换公式

提高准确性和检验转换公式:
这次,在东北大学的Soichi Kushibiki教授的指导下,我们建立了一种测量方法,将红外吸收系数的测量精度提高到±0.1％(约为传统方法的10倍).另外,确认即使使用不同的波数进行测量,也可以使用该转换公式获得相同的Q值.波数3585厘米-1和3500厘米-1策划为α示出转换式值和Q值是图.
10-6/Q3585=-1.010阿尔法3585-2+5.252阿尔法3585+0.189
10-6/Q3500=-11.01阿尔法3500-2+9.448阿尔法3500+0.026

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