Two-Dimensionally Self-Holding Deflection Mirror Using Surface Acoustic Wave Motor

We have developed a two-dimensionally deflecting mirror actuating system with a deflection angle of 20°, which takes full advantage of the characteristics of a two-dimensional surface acoustic wave (SAW) motor. A magnetic slider moves with frictional drive by the Rayleigh mode of the SAW and deflects the mirror by the force of magnetic attraction. For the actuation of a 20° deflection angle, only a 10 ms duration of driving voltage is required owing to the high-speed characteristic of the motor, followed by an additional 10 ms for damping of the mirror structure produced in order to complete holding of the angle. No power supply is necessary to hold the angle. Furthermore, the resolution of the angle is 0.0015° because of the high-resolution capability of the motor. The mirror deflection system showed a 10⁴ dynamic range of angle positioning ability.     

表面波布拉格声光互作用耦合波方程的研究

定义了压电晶体的增劲声光系数,它反映压电晶体中声光、电光和压电效应共同作用的结果。从参量互作用基本理论出发,同时考虑声光效应、电光效应和压电效应三个因素,用一个压电增劲声光系数来表示三种因素的共同作用,导出表面波声光布拉格互作用的耦合波方程。并求解得出相应衍射效率的计算公式。该式说明在弱声光互作用条件下,衍射导光波强度与超声功率成正比。表面波声光器件具有体积小、工作稳定、能耗小、易于集成等优点。可以用作光偏转器、光调制器、滤光器。在光通信以及各类实时信号处理,如相关、卷积、频谱分析、矩阵光计算等领域具有广泛的应用前景。     

Interaction of a Surface Acoustic Wave with a Two-dimensional Electron Gas

When a surface acoustic wave (SAW) propagates on the surface of a GaAs semiconductor, coupling between electrons in the two-dimensional electron gas beneath the interface and the elastic host crystal through piezoelectric interaction will attenuate the SAW. The coupling coefficient is calculated for the SAW propagating along an arbitrary direction. It is found that the coupling strength is strongly dependent on the propagating direction. When the SAW propagates along the [011] direction, the coupling becomes quite weak.     

Interaction of a Surface Acoustic Wave with a Two-dimensional Electron Gas

When a surface acoustic wave （SAW） propagates on the surface of a GaAs semiconductor, coupling between electrons in the two-dimensional electron gas beneath the interface and the elastic host crystal through piezoelectric interaction will attenuate the SAW. The coupling coemcient is ~alculated for the SAW propagating along an arbitrary direction. It is found that the coupling strength is strongly dependent on the propagating direction. When the SAW propagates along the [011] direction, the coupling becomes quite weak.     

分振幅干涉法测量波面误差的检测技术现状及发展趋势

光学波面误差的分振幅干涉法检测技术目前十分活跃。本文简明地叙述了分振幅干涉法测量波面误差的检测技术现状及今后的发展趋势。     

单根电极或沟槽形成的栅格对声表面波的散射*

该文借鉴汪承灏先生研究栅格声表面波散射的技术路线,提出一种既不限制基片和栅格形状、类型,也不限制声波入射方向,可精确计算栅格对SAW散射的有限元通用模型。作为对《超声学》第六章"声表面波"中栅格对声表面波的反射和体波散射一节部分结论的进一步阐释和说明,计算了YZ-Li Nb O3和128?YX-Li Nb O3单晶上厚度为200 nm、宽度为1μm的单根悬浮铝栅条以及沟槽在不同频率下的反射系数曲线。提出的计算方法今后可推广应用于层状结构基底、应用到非规则指条、沟槽、金属点阵、基片端面、台阶等的反射的精确分析,为优化设计新型声表面波器件奠定理论基础。     

激光等离子体的声学诊断研究

提出了利用激光等离子体声波对高功率激光与材料相互作用过程进行了诊断的方法。实际测量了波长０．５３μｍ激光与几种金属材料相互作用的过程，其结果与采用春它方法得到的结果基本吻合。     

GaN的声表面波特性研究

采用金属有机物化学气相外延方法在(0001)面蓝宝石上生长了高质量、高阻的未掺杂(0001)面GaN薄膜。为精确测量GaN薄膜材料的声表面波特性，在GaN薄膜表面上沉积了金属叉指换能器，叉指换能器采用等叉指结构，叉指的数目为40对，叉指间距为15μm。采用脉冲法测量了声表面波在自由表面和金属表面上的速度，并通过计算得到了机电耦合系数(κ^2)。所测量的声表面波速度（ν)为5667m／s，机电耦合系数(κ^2)为1．9％。     

物体表面形貌的正弦相位调制实时干涉测量技术研究

表面形貌干涉测量技术是一种高精度的非接触式测量技术,在工业生产和科学研究中具有广泛的应用。提出一种实时测量表面形貌的正弦相位调制干涉测量新技术。该技术用激光二极管作光源,用自制的高速图像传感器探测干涉信号,通过信号处理电路实时解相得到被测表面所对应的相位分布,实时分析相位获得物体表面形貌。该技术消除了光强和部分外界干扰的影响,提高了系统的测量精度。楔形光学平板表面形貌的测量结果表明,测量点为60×60个的情况下,测量时间小于8.2 ms,重复测量精度(RMS)为4.3 nm。     

三维超声驻波场的数字全息测量与重建研究

利用数字全息干涉术研究了超声驻波场的三维分布特征,由所记录的不同角度的超声驻波场的数字全息图,经数值再现,得到了超声驻波场的强度和相位差分布图,进而由迭代重建算法重建出超声驻波场的三维分布曲线。结果表明,数字全息干涉术与迭代重建算法相结合是测量与重建三维超声驻波场的一种方便有效方法。     

声波在双层非线性介质中传播的二极管现象

假设声波在双层一维非线性系统中传播时线性部分满足波动方程,非线性部分类似于非线性薛定谔方程的非线性部分.对该模型正反两个方向分别入射相同的声波计算透射率发现:一定频率及强度的声波在模型中具有单向透过性,表现出声二极管的行为;随着非线性强度差异的增强,单向导通性显著提高.     

利用表面波对激光的衍射效应测水波频率和波速

利用液体表面波（surfaceacousticwaves,SAW）对激光的衍射效应,建立起一种新的低频液体表面波频率的光学测量方法;同时对表面波的传播速度进行了测量,拟合数据对波速和波长之间的关系进行了研究。     

水下低频声信号的激光探测及波的衰减

为了探测几十赫兹的低频水下声信号,建立了水下低频声信号的光学探测系统,得到了稳定、清晰的衍射图样.得到了衍射图样的宽度与声源距离的变化关系,声源距离越小,衍射图样越宽.当水下声波传至水表面后,实验上得到了表面声波的衰减特性,理论上得到了衍射图样的角宽度和液体表面波振幅的解析关系式.发现表面波振幅的衰减随距离是指数型衰减.并研究了衰减系数随频率的变化,频率不同衰减系数也不同,而且频率越大,衰减系数越小.     

基于共光路干涉原理的精细表面粗糙度测量方法

提出了一种利用光的干涉原理测量光滑物体表面粗糙度的方法.该方法采用两光束共光路、同心聚焦扫描可实现表面粗糙度的绝对测量.使用一个半波片改变一路光束的偏振态,避免了传统测量系统中光路具有可逆性的问题,保证了系统的稳定性.使用一个l/4波片使接收端的光束偏振态方向一致,使干涉信号可见度最大.该系统光路结构简单,容易实现.对一标准量块进行了测量,并对光功率计分辨率对测量结果的影响进行了分析,结果表明本系统在实验室现有条件下可以测量轮廓算术平均偏差Ra为0.012μm的粗糙度量块.     

基于白光干涉彩色图像的微结构表面形貌测量

微结构的表面形貌会显著地影响微纳器件的使用性能及产品质量,是微纳测试领域的一个重要研究方面,利用白光干涉技术是测量物体表面形貌的一种常见方法。区别于常用的CCD黑白相机,使用CCD彩色相机采集白光干涉条纹的彩色图像,使获取的图像包含了R、G、B三个通道的信息。利用小波变换法分别求解出在不同扫描位置处R、G、B通道的相位信息,通过建立的评价函数,并结合最小二乘法可精确确定零光程差的位置,利用相对高度和零光程差位置的线性关系,进而得到物体的表面形貌。通过仿真以及实际测量由VLSI标准公司制造的标准台阶结构,验证了所提出方法的有效性。     

振动对面形测量误差的影响分析

振动会使高精度面形测量产生误差。建立了振动对干涉测量面形的误差模型,应用13步移相算法分析了在振幅为63 nm时的误差情况。分析结果表明,当面形测量误差的敏感频率为12 Hz时,振动引起的面形均方根(RMS)误差约为12 nm。通过实验进行了验证,仿真分析结果和实验结果基本相同。实验分析了在12 Hz时,振幅为5~63 nm时,对应的测量面形RMS误差为1~7.1 nm,振幅和RMS误差线性增大。为不同振动频率和振幅引起的面形RMS的误差分析和高精度面形测量的振动环境控制提供了一定的参考。     

新型成膜法的SAW气体传感器聚合物膜的粘弹性分析

分析了一种基于自组装和分子印迹技术的声表面波气体传感器的响应模型。首先利用Martin理论和Auld的摄动方法分析金膜对于声表面波的扰动效应,然后将其扩展至覆盖于金膜上的聚合物膜对于声波的扰动分析。以剪切模量的实部为参量,可以将聚合物分为三种状态,即玻璃状膜、玻璃状-橡胶态膜和橡胶态膜。最后模拟分析了聚合物膜对于气体的吸附特性。结果表明由于聚合物膜的粘弹特性,传感器响应与其工作频率并不完全呈线性。通过实验获得了不同膜厚的采用新型成膜方法的聚合物对SAW的扰动效应并与理论计算结果进行对比,结果显示相对不考虑活性表面金膜的Martin理论,对于衰减扰动的分析与实验结果更加一致。但是对速度的扰动与实验结果有一定偏差。另外还模拟了基于新型成膜方式的气体传感器聚合物敏感膜对于气体的吸附效应,结果显示对于玻璃状膜,传感器的响应随着敏感膜厚的增加而递增,并与气体浓度呈现良好的线性特性,但是对于橡胶态膜,传感器灵敏度与膜厚之间的关系相对复杂。     

石英波片偏光干涉谱的研究

根据石英晶体双折射率的色散特性,对石英波片的偏光干涉谱进行了理论分析和数值模拟,提出了一种石英波片延迟量和厚度的偏光干涉标定法。即由偏光干涉谱,可以得出石英波片在200~2000 nm宽光谱范围内的延迟量;通过对长波段的偏光干涉谱极值波长的精确判断,可以准确地计算出该石英波片的厚度。利用Lambda900紫外-可见-近红外分光光度计对一片石英波片的偏光干涉谱进行了测量。在波长精度为0.1 nm的情况下,测量的厚度精度为0.1μm。误差分析结果表明,通过提高光谱的最小分辨力及选择较长的光谱波段进行测量计算,可以有效地降低误差。     

Discussion on Unique Characteristics of Second Order Harmonic in a Nonlinear Surface Acoustic Wave Investigated by Optical Diffraction Method

Unique capability of the second harmonic in a nonlinear surface acoustic wave (NLSAW) generated on 128° Y-X LiNbO₃ substrate was investigated by optical diffraction technique. Amplitudes of the fundamental, the second harmonic, and the third harmonic in it were evaluated from an equation composed as a basis of the Beckmann-Spizzichino model. The experimental findings were as follows: the second harmonic velocity was faster than that of the fundamental; a full width at half maximum in envelope profile of the second harmonic was unchanged as if it experienced the gold thin film; total peak intensity in the envelope profile of the second harmonic during collision at gold thin film area was stronger than the sum of individual peak intensity of two second harmonics before the collision. From our experimental findings we conclude that the second harmonic has a soliton-like characteristic.     

使用激光跟踪仪测量研磨阶段离轴非球面面形

为满足离轴非球面镜在光学检验前的面形检测需求,对使用激光跟踪仪测量离轴非球面的方法进行了研究。详细介绍了使用激光跟踪仪测量离轴非球面的检测步骤及数据处理方法。使用激光跟踪仪对一处于研磨阶段的口径为150 mm,顶点曲率半径为1200 mm,离轴量为240 mm的离轴抛物面镜进行了测量,进行了测量不确定度分析并与三坐标测量机的测量结果进行了比对。结果显示激光跟踪仪与三坐标测量机的面形测量峰谷值一致性优于1 μm。分析及实验结果表明此检测方法简单易行,灵活通用,适用于离轴非球面抛光前的面形检测。