声表面波在压电晶体表面上的聚焦特性

研究了压电晶体表面上圆弧形叉指换能器产生的声表面波的聚焦现象。用作者提出的压电晶体表面激发的严格矢量场理论来计算会聚的表面波声场,取代了比较流行的源于光学的标量角谱理论。理论分析表明介质的各向异性对声束的会聚特性有很大的影响,如焦长和焦点附近声场的对称性。在实验中可以用光学暗场法来观察声表面波场的会聚。尽管各向异性介质或各向异性压电晶体上表面波声场的会聚都非常复杂,实验的结果和理论分析比较一致。     

压电晶体表面激发的二维声表面波Green函数

最近,我们研究了在压电晶体半空间表面激发的二维广义Green函数。在本文将仔细讨论广义Green函数的表面波部分。用稳相法给出声表面波远场渐近解。但是由于这样的渐近解在接近慢度曲线的拐点处失效,我们发展了用变型Airy函数表示的普适渐近解,从而解决了在拐点附近的解的衔接问题。
对于Y切LINbO₃,进行了声表面波Green函数分量和功率流密度的数值计算,结果表明在Y切LiNbO₃的Z方向上出现聚焦现象.     

二维声表面波压电声子晶体在射频段的时域有限差分法

对二维声表面波压电声子晶体在射频段的带隙特性,进行了时域有限差分法(FDTD)理论推导和计算,并提出实验方法对比验证。FDTD计算模型考虑了压电效应,引入周期边界条件以节省计算空间和时间,采用完全匹配层以解决声表面波在截断边界处的虚拟反射问题。实验上分别设计有/无二维压电声子晶体的两种宽频带延迟线结构,测量两种延迟线的传输系数取差值,得到了二维压电声子晶体的带隙;其中通过时域加窗函数保留一次传输信号,进行干扰信号的去除。以铝/128°YX-LiNbO3二维压电声子晶体为例,该FDTD方法、商业有限元软件COMSOL、实验方法均得到了100⁵00 MHz射频段内的多个带隙,三种带隙对比证明了FDTD计算带隙与实验测量带隙一致,比COMSOL计算的计算带隙精度更高。     

嵌入压电基底蜂窝状声子晶体声表面波带隙特性

提出了将部分镍圆柱体镶入128°YX-LiNb03基底的二维蜂窝状压电型声子晶体.用有限元法结合低反射边界条件计算并分析了该结构的能带结构与传输损失.结果显示:与倒圆锥体结构相比,镶入型结构具有更低的声表面波(SAW)带隙,原因是将部分柱体嵌入到基底中增加了共振体的质量.通过分析带隙边缘处振动本征模态结合传输损失发现,...     

声表面波在声栅上的Bragg衍射

本工作揭示了声表面波在声栅上的Bragg型衍射效应。应用简正波理论近似处理了在强Bragg条件下,声表面波在声栅上衍射的一些规律:栅阵内简正模式,偏转角和偏转效率与入射声波工作频率和声栅参数的关系。实验上,我们在y切割LiNbO₃压电晶体表面,用金属栅阵构成声栅,用光学法观察了声表面波(Rayleigh波)在上述声栅上的Bragg型衍射现象,并测量了偏转角和偏转效率随工作频率的关系。实验与理论结果比较表明,二者基本上是符合的。 关键词：     

声表面波垂直入射于声栅时的衍射

本文分析了声表面波垂直入射于声栅时的衍射现象。理论上,应用唯象理论分析了声表面波垂直入射于声栅时,在“薄栅”和“厚栅”条件下的衍射特性。实验上,我们用光学法观察和测量了相应于“薄栅”和“厚栅”两种条件下的声栅衍射现象,得到了一些有意义的结果。例如,衍射声场近场的强度分布、正一级和负一级声的干涉场的强度分布,声栅内及透射后近场的声波波阵面等。还测量了各级衍射声波传播角度随频率而变化的情形,测量了零级和一级衍射声强度随频率而变化的情形。最后,将上述实验结果与应用唯象方法所分析的结果作了比较。     

声表面波在声栅上的反常Bragg衍射

本文讨论了在考虑基片各向异性因素时,声表面波在声栅上的Bragg衍射现象。理论分析时,将有关波式和不同模式之间的差别唯象地以它们对应的相速不同来表征之,而不具体讨论这些波式或模式的偏振特性。在分析时,与讨论声-光反常Bragg衍射情形一样采用二波近似,但不借助于引入对应于极化矢量那样的量,而直接由栅区声速分布给出各波式之间的耦合系数。由此而得出的“反常Bragg衍射”公式,与声-光情形下采用极化矢量概念给出的公式一一对应。由这些公式计算的结果,与实验结果良好地符合。 关键词：     

侧壁振动所产生的表面波

侧壁振动所产生的小振幅表面波的理论问题是一个求解具有混合边界条件的Laplace方程的问题.我们在引入一新的变量后,将它化为一Dirichlet问题,及使用复变函数方法求解,得到计算表面波复速势的普遍式.使用它得到了侧壁的三种典型振动的复速度、自由面的鉛直位移,无限远的波幅及辐射功率等.在实验中,装置了两种测量表面波的设备,证明了小振幅波的理论结果并观测了大振幅表面波的一些现象.发现在壁的恒定振幅下,侧壁振动频率有一临界值,超过它表面波的频率成为侧壁振动频率的一半,我们称这种波为半频波.关于半频波还需要可靠的理论解释.     

低频声表面波对细激光束的衍射效应

对于频率为几十赫兹的液体表面声波,实验上观察到反射光所形成的稳定、清晰的激光干涉图样.改变表面声波振幅,进一步发现了干涉图样的调制效应.调制效应明显地表现为干涉条纹的缺级,并且随表面声波振幅变化.依据波动光学原理,分析了调制作用下光束干涉所产生的光强解析分布及条纹特征,得到了干涉条纹角宽度与表面声波之间的解析关系,并据此对表面声波的特性参量波长和振幅及各级条纹相对光强分布规律进行了测定.     

声表面波在Bragg声栅上衍射的偏转声束的发散角

本文从声表面波在声栅上的Bragg衍射的偏转角公式和偏转效率公式出发,分析了偏转声束的发散角δθ₁与声栅有关参数的关系。文中定义了声栅Bragg衍射的“Bragg角谱宽度”δθ_B,讨论了该量在判定偏转声束发散角δθ₁时的意义。结果表明:若入射声束的发散角δθ_inc的值大于声栅“Bragg角谱宽度”δθ_B,则偏转声束的发散角δθ₁等于δθ_B;反之若δθ_inc小于δθ_B,则δθ₁=δθ_inc。
实验上,应用观察和测量声-光衍射图案中的各束声对应的衍射光点的宽度的方法,对四种不同结构的样品——其中两种相应于δθ_inc<<δθ_B,另两种相应于δθ_inc>>δθ_B的情形——测量了δθ_inc和δθ₁。结果表明,上述理论分析结果与测量结果是一致的。     

声表面波透过理想化线性调频声栅后的Raman-Nath衍射特性

本文将声表面波声栅上的Raman-Nath衍射现象研究发展到其周期的空间频率为线性变化的声栅情形。在理论上,首先将声栅的调制函数理想化为正弦函数,然后将声栅出射平面上相应区域作为无穷障板上有限孔径内的场分布,采用光学中熟知的Kirchhoff衍射积分公式来求透射区的衍射场。给出了物理概念清晰的分析结果。表明声栅同时起两个作用:一是相当于一个等周期声栅作Raman-Nath衍射;二是对各衍射级声波又同时是具各自不同周期变化率的Fresnel透镜,实验上采用特殊结构叉指换能器来模拟上述理论要求的出射波阵面。实验结果良好地证实了上述理论分析结果。     

声表面波无源应答器原理及其应用

本文讨论了声表面波无源应答器(亦称s识别卡或无线标鉴)实现相位编码调制和幅度编码调制应答的原理及技术,并对由此应答器而引出的声表面波电子识别系统的性能及用途进行了介绍。     

压电晶体表面激发的赝表面声波Green函数

赝表面声波(PSAW)是各向异性介质和压电介质中存在的一种特殊的表面波模式,它在声表面波技术中有重要的应用。基于我们发展的压电晶体表面激发理论,对压电晶体表面激发产生的赝表面波Green函数和相应的赝表面波波场给出了解析表达式。在分析了赝表面波Green函数存在的条件和性质后。结果给出了石英和LiNbO₃赝表面波的Green函数数值计算。     

声表面波在线性调频声栅上作Bragg衍射后的聚焦声场

本文应用准周期概念给出声表面波在线性调频声栅上Bragg衍射的透射函数。将一级衍射波的分布作为有限孔径内的已知分布。将求解透射区的一级声束的场分布问题作为求上述有限孔的衍射问题来处理。分析结果表明,对偏转声束来说,在Fresnel区存在一个Fraunhofer平面。线性调频声栅同时起两个作用:它既相当于一个等周期的声束偏转器,同时又是一个Fresnel透镜,在焦平面上的声场分布,是声栅出射平面上偏转声束幅度分布的Fourier变换。分析结果还表明:聚焦声轴随入射声波频率而平行移动。这一现象属首次发现,实验结果证实了上述理论分析预计。 关键词：     

时间延迟型声表面波无源传感器的无线访问

介绍了一种基于无源声表面波(SAW)器件的无线传感器.作为敏感器件的 SAW器件由作为换能器的 ID-Tag和一组反射栅组成.由访问系统发射出的电磁波通过 ID-Tag在 SAW器件上激励起声表面波,此声表面波在器件表面传播,被SAW器件本身状态参数调制后,反射回波再通过ID-Tag转变成电磁波向空间发射.因此对访问系统接收到的回波信号进行分析即可得到被测量。即实现了无线传感.由于以SAW器件为敏感元件可以研制各种各样的物理量、化学量传感器,这种无线访问传感系统可在各种场合得到应用.     

晶体表面畸变的X射线双晶衍射研究

本文介绍了表面畸变的晶体中X射线动力学衍射分层模型的计算原理和通过计算机模拟双晶摇摆曲线获得畸变层信息的方法,讨论了不同的双晶排列方式对摇摆曲线和模拟计算的影响,分析了畸变层内应变、损伤分布与摇摆曲线的关系,并以B⁺注入Si(100)晶片为例,给出了模拟结果。 关键词：     

有限一维二元离子晶体的表面电子态

１９６０年Ａｅｒｔｓ[１］用散射矩阵研究了一维二元离子晶体的表面电子态．随后,Ａｍｏｓ和Ｄａｖｉｓｏｎ[２］,Ｄａｖｉｓｏｎ和Ｋｏｕｔｅｃｋｙ[３］,Ｌｅｖｉｎｅｅ和Ｄａｖｉｓｏｎ[４］等也分别研究过这个问题,他们用的是半无限的一维模型．本文用分子轨道－原子轨道线性组合（ＭＯ－ＬＣＡＯ）法,并用ＴＢ（即Ｔｉｇｈｔ－Ｂｉｎｄｉｎｇ）近似（紧束缚近似）考察同类晶体的有限一维模型的表面态问题,导出表面?...     

超声驻波所产生衍射光强波形的测量

一、引言光垂直通过超声驻波场后,将产生多序衍射光．其各序衍射光的强度均产生随时间的起伏,变为交变光,即光被调制．利用这一现象制成的调制器最初被用于频闪观察器中,激光出现之后,它又被广泛地用于激光测距,激光调Ｑ,激光锁锁等技术中．因此,研究由超声驻波引起的光衍射其衍射光强与时间的关系是有重要意义的．这方面的理论工作可参阅文献［１,２］,但衍射光强随时间变化波形的实验测量未见报道．本文将从实验的?...     

分子束外延生长的ZnO压电薄膜及其声表面波器件特性

用RF-MBE在蓝宝石(0001)衬底上引入MgO和低温ZnO双缓冲层生长了ZnO薄膜,并制备了声表面波器件。在ZnO薄膜中,仅观测到(0002)面的XRD,且衍射峰增强,半高宽减小,表明ZnO薄膜c轴取向性更好,晶体结构更优。室温下自由激子吸收峰更尖锐和吸收边更陡峭以及仅观测到自由激子发光,且发光线宽变窄、发光强度变大,表明ZnO薄膜缺陷密度减小,薄膜质量提高。测得该ZnO压电薄膜的电阻率高达4×10⁷ Ω·cm,其声表面波的速度高达5 010 m/s。     

球形复合柱表面波声子晶体的带隙特性仿真

设计了一种由镍球与环氧树脂垫层组成的复合柱沉积在铌酸锂基体上构成的表面波声子晶体结构,采用有限元法计算了其能带结构和位移矢量场.结果表明:与具有相同晶格常数的倒圆锥形表面波声子晶体结构相比,研究结构可以在更低的频率范围打开更宽的声表面波完全带隙,且随着复合柱半径增大,镍球体与压电基体的硬边界之间形成限制腔模,相邻高阶带隙间存在能量的耦合以及振动模式的继承;此外,温度场的引入可以实现带隙的主动调控,带隙频率范围随着温度升高向低频移动;通过增加复合柱体的层数,多振子结构与行波发生多极共振耦合,可在高阶能带间打开完全带隙.本文的研究结果为微米级表面波声子晶体结构在100 MHz以下频率范围的带隙特性优化提供了理论支持.