Кристаллы кварца оптического качества имеют широкий диапазон прозрачности от 0,2 мкм до 3,5 мкм, с высокой оптической однородностью. Кристаллы кварца обладают превосходными механическими и физическими свойствами, а также имеют низкое тепловое расширение, высокую химическую стойкость Более того, разница в показателе преломления составляет около 0,009, что делает SiO2 широко используемым материалом для изготовления волновых пластин и поляризационных приложений.
Кварцевые резонаторы являются элементами, которые помогают приемникам и передатчикам говорить на одной волне. Когда связь и радиовещание начали стремительно развиваться, перед конструкторами встал ряд задач по созданию, совершенствованию и эффективности работы передающей и приемной аппаратуры.
К числу этих задач относились:
- повышение стабильности повышаемых частот;
- улучшение избирательных свойств приемной аппаратуры.
Решение поставленных задач упиралось в создание принципиально новых типов колебательных систем. Такими колебательными системами стали пьезокварцевые резонаторы, которые по настоящее время находят широчайшее применение в самых различных отраслях: от радиовещания до астрономии.
История создания
Впервые пьезоэлектрический эффект был открыт братьями Жаком и Пьером Кюри в 1880 году. Французский физик Липпман в 1881 г. после ознакомления с работами Кюри предположил существование обратного пьезоэффекта, который в том же году братья Кюри подтвердили экспериментально. Первым использовал этот эффект француз Поль Ланжевен в часовом резонаторе гидролокатора перед первой мировой войной. Первый кристаллический резонатор, работающий на сегнетовой соли, был изготовлен в 1917 году и запатентован в 1918 году Александром М. Николсоном из американской компании Bell Telephone Laboratories, хоть это и оспаривалось Уолтером Гейтоном Кэди, который изготовил кварцевый резонатор в 1921 году. Некоторые улучшения в кварцевые резонаторы вводились позже Льюисом Эссеном и Джорджом Вашингтоном Пирсом.
Первые стабильные по частоте кварцевые резонаторы были разработаны в 1920–30-х годах прошлого века. Начиная с 1926 года, купить кварцевые пластины на радиостанциях использовались в качестве элементов, задающих несущую частоту. В то же время резко возросло количество компаний, начавших выпускать кварцевые резонаторы только до 1939 года в США было выпущено более чем 100 000 единиц.
Русские ученые также изучали свойства кварца. Выдающийся физик А.Ф. Иоффе в 1915 году получил степень доктора физики за исследование упругих и электрических свойств кварца. Далее развитие пьезокварцевой техники зарождалось и продвигалось, опираясь на работы Шубникова, лауреатов Сталинской премии Коваленка, Шембеля и других.