基于有限元方法研究预应力条件下石英晶体的高频振动特性

利用有限元方法,计算AT切石英晶体受到沿不同方位角度施加的对径力后石英晶片的振动位移分布情况.该有限元分析结果能够直观的获取石英晶体厚度方向的剪切振动和弯曲振动的图形.通过对预应力模态计算结果分析表明石英晶体振动方向随着施加不同方向的方位角的改变而发生改变.该结果有助于更好研究石英晶体受力后的振动模态.     

非等厚电极对石英晶体板高频振动影响分析

利用Mindlin一阶板理论分析了覆盖非等厚电极层的AT切石英晶体板的高频振动,获得了包含厚度剪切振动模态、弯曲振动模态、面剪切振动模态、拉伸振动模态和厚度扭转振动模态的色散关系和频谱关系。研究结果表明由于上下电极层的非等厚性,过去认为不耦合的两组振动模态变得相互耦合,必须进行联合求解。计算结果表明由于非等厚电极层的质量效应,各振动模态的频率均有所降低。根据石英晶体板高频振动的频谱关系图,可以选取石英晶体板的最佳长厚比作为谐振器的制造尺寸。获得的电极层厚度与频率变化关系可以用来指导谐振器电极层厚度设计。     

偏心电极石英晶体谐振器振动特性研究

石英晶体谐振器的电极材料、电极尺寸以及电极位置对其性能的影响非常重要.但在加工制作过程中,经常会出现电极镀层偏离板心现象.而目前仅有少数人员研究具有偏心电极石英晶体谐振器的振动特性.文章运用Stevens和Tiersten提出的二维标量微分方程(S-T方程)的变分形式,利用里兹法研究偏心电极石英晶体谐振器的振动特性.在研究中分析不同电极偏心距、不同质量比对石英晶体谐振器振动模态的影响,以及不同电极偏心距谐振器谐振频率所存在的误差,为石英晶体谐振器的生产和设计提供理论依据.     

石英晶体板非线性高频振动的拓展伽辽金法分析

针对考虑几何和材料非线性的石英晶体板厚度剪切振动和弯曲振动的方程组,利用扩展伽辽金法对该方程组进行转化和求解,分别获得了强烈耦合的厚度剪切振动模态和弯曲振动模态的频率响应关系,绘制了不同振幅比和不同驱动电压影响下的频率响应曲线图。数值计算结果表明可以选取石英晶片的最佳长厚比尺寸来避免两种模态的强烈耦合。驱动电压的变化将引起石英晶体谐振器厚度剪切振动频率的明显改变,必须将振动频率的漂移值控制在常用压电声波器件的允许值之内。扩展伽辽金法对石英晶体板非线性振动方程组的求解为非线性有限元分析和偏场效应分析奠定了基础。     

石英谐振器在强磁场中的磁-敏特性

研究了石英晶体谐振器在强磁场影响下频率变化的原因.结果表明石英晶体谐振器的磁性支架在受到磁场的影响下产生相应的应力,该应力沿石英晶片的边缘作用于石英晶体引起谐振器频率的变化.该实验结果对如何减小磁场对石英晶体谐振器的影响有一定的参考价值.     

含旋转对称性孔的二维声子晶体带隙特性研究

利用有限元法计算了旋转对称性孔体系声子晶体的能带结构,分析了希腊十字和旋转玫瑰孔的几何参数对它们的带隙影响,结合带隙边界的振动模态,阐述了带隙的产生机理.结果表明:希腊十字孔和旋转玫瑰孔体系声子晶体容易打开多个较宽频率带隙;该类型结构谐振单元能够很好局域弹性波,带隙边界振动模态呈现为旋转模态,有利于打开带隙.这些研究结果可能为设计多孔轻质减振复合材料具有重要的参考价值.     

基于散射单元的声子晶体振动带隙研究

硬质芯体及其包覆层构成的复合结构称为散射单元,散射单元按照特定的排列方式可以构成声子晶体.文章采用有限元方法分别计算了立方散射单元构成的一维声子晶体及简单立方结构三维声子晶体的振动特性,结果表明,两种声子晶体的振动带隙有较好的一致性,因此,对三维声子晶体振动带隙的研究可以简化为对一维声子晶体振动带隙的研究.叠加层数、芯体材料对一维声子晶体振动带隙的影响在文中进行了讨论.最后,声子晶体的振动特性测试结果验证了文中的结论.     

不同温度下Ga3PO7晶体的声表面波特性研究

针对Ga3PO7晶体的压电特性,利用克里斯托夫方程计算了0～120℃范围内7个不同温度点的Ga3PO7的X、Y、Z切型传播角度为0°～ 180°的声表面波速度、机电耦合系数、能流角.结果表明,Z切型的Ga3PO7晶体受温度的影响较大,X和Y切型的温度稳定性相对Z切型较好,且这两种切型的SAW传播速度都与石英晶体相当.X切型中最佳传播角度情况下的机电耦合系数为0.532;,是石英晶体的2倍,而Y切型中最佳情况下的机电耦合系数可以达到1.041;,是石英晶体的4倍多.     

KDP晶体锯切应力场与初始内应力场的耦合分析

本文采用有限元法建立了KDP晶体线锯切割的仿真模型,仿真分析了切割过程中晶体内部应力场分布的变化规律.结果表明,线锯切割加工过程应力变化整体平稳,属低应力锯切方式,当晶体即将切断时,最大拉应力显著增加;随着被加工材料的去除,晶体初始内应力释放,晶体内部距离待加工表面越近的点,切割过程中应力变化越剧烈;锯切切口处,锯切应力与内应力相互耦合,应力集聚,并且晶体初始内应力越大,应力集聚越明显,晶体切割开裂几率越大.仿真结果为保证KDP晶体线锯切割加工过程中避免开裂提供了理论基础.     

Ga3PO7晶体结构及声表面波特性研究

本文采用第一性原理方法研究了磷酸三镓(Ga3PO7)晶体的几何结构和电子结构.计算了该晶体X,Y,Z切型传播角度为0～180°的声表面波速度,机电耦合系数和能流角.第一性原理研究表明该晶体具有较强的共价键结构特征,其带隙为3.646 eV,属于直接带隙材料.计算结果表明其声表面波速度范围为3620 ～3850m/s,与石英晶体相当,但其Y切型的机电耦合系数最高可达1.075;,是石英晶体的三倍.     

ZnGeP2晶体中的晶格振动模拟与光谱分析

ZnGeP₂晶体在9~10 μm的光学吸收限制了其在中远红外波段的应用,该波段吸收与其晶格振动有关。本文通过理论计算与实验相结合的方法,解释了晶体红外截止边和9 μm附近吸收峰的物理机制。通过布里奇曼法生长出ZnGeP₂单晶,并测试生长得到的ZnGeP₂晶体的变温拉曼光谱和变压拉曼光谱,基于第一性原理方法计算了ZnGeP₂布里渊区中心的振动频率,并计算了不同压力下晶体的晶格常数和拉曼位移峰的位置。实验结果与理论计算结果表明:温度升高使得其振动模发生红移,且振动模强度减弱,半峰全宽变大,而压力增大则会引起ZnGeP₂晶体振动模发生蓝移,振动模强度减弱,半峰全宽变大。     

开口圆环类声子晶体传播禁带特性研究

为衰减中低频振动噪声,本文设计了一种非严格对称的开口圆环类声子晶体结构,基于有限元法和弹性波理论分析了其禁带特性和各方向的振动衰减性能;结合系统的振动模态解释了带隙打开和关闭的原因,并分析了几何参数对带隙宽度的影响规律。结果表明:由于晶体的非严格对称,仅ΓX方向的传输损耗和禁带特性吻合,且衰减性能优于MΓ方向,禁带内平均衰减27.8 dB,同比提升了5.5 dB。禁带内几乎没有产生位移变形量,而通带因无法抑制弹性波传播导致变形量显著增大;芯体的水平和旋转运动是带隙起始、截止的明显标志。以钨为芯体,能获得起始频率和带宽均为500 Hz的低频带隙,增大芯体的材料密度、填充率和晶格尺寸有助于获得较低频率的完整带隙。     

石英晶体中的腐蚀隧道缺陷

石英晶体中的腐蚀隧道缺陷是晶体结构中位错的宏观表现.腐蚀隧道缺陷不仅影响石英加工过程,由于石英晶体元器件常处于冲击、振动、温度变化、辐射等的环境中,腐蚀隧道缺陷也大大影响元器件的性能,降低结构强度.本文对腐蚀隧道进行了比较系统的分析,提出了减少、抑制晶体中腐蚀隧道缺陷的技术手段.     

A method to model the transient performance of high frequency vibration in crystal growth

A general method to quantitatively study the transient fluctuation related to the high frequency vibration in crystal growth is developed. An example during the Czochralski crystal growth has been simulated, and the simulation coincides with the experimental date. On basis of the model, the influence of vibration frequency on the transient fluctuations for temperature and velocity are elucidated. Then an available approach to control the vibration effect is proposed.     

Features of controlled laser thermal cleavage of crystal quartz

Controlled laser thermal cleavage of crystalline quartz has been simulated. The thermoelastic fields formed in a square single-crystal quartz plate as a result of successive laser heating and exposure to coolant have been calculated for five different versions specified by the crystal cut orientation and direction of laser beam displacement. The results have been verified experimentally using a CO₂ laser. The simulation results can be used in the electronics industry to optimize laser cutting of quartz crystals.     

单面柱局域共振声子晶体低频带隙特性分析及结构改进研究

基于有限元法对单面柱局域共振声子晶体进行带隙特性分析,研究了结构参数对该类型声子晶体的影响。结果表明:随着散射体高度的增加,单面柱声子晶体的第一完全带隙的起始频率逐渐降低,带宽逐渐增大;随着基板厚度的增大,单面柱声子晶体的起始频率逐渐升高,截止频率先增大后减小。并且在经典单面柱声子晶体的基础上,组合了两种新型的三组元单面柱声子晶体结构:嵌入式单面柱声子晶体(以下简称结构Ⅰ)和粘接式单面柱声子晶体(以下简称结构Ⅱ)。通过对其带隙特性的分析得出:这两种新结构与经典的单面柱声子晶体相比,都具有更低频的带隙,这对于低频减振降噪是非常有利的。本文的结果将对实际的工程应用提供一定的理论指导。