扫描激光探针检测声脉压线声场

本文讨论了晶体表面存在金属线条时的声光相互作用理论,改进了原来的激光探针测量系统,新的系统能够对弱表面波声场进行成像,实验上,还对制作在YZ-LiNbO_3晶体上的声表面波脉压线声场进行了测试,并对结果进行分析和讨论。     

环形相控阵换能器辐射和反射声场

研究了超声环形相控阵辐射声场和反射声场的基本特性。理论上详细分析了环形相控阵的阵元数目、环形阵半径、阵元间距、中心频率、焦点位置等因素对辐射声场的影响。实验上设计并制作了具有8个环的等面积环形相控阵列并进行了实验测量。通过理论和实验分析,研究了环形相控阵的辐射声场及在液固界面上的反射声场特性,取得了理论和实验相吻合的结果。     

凹面相控阵聚焦声场在液固界面上的反射和折射

开展了凹面线性相控阵列辐射声场在液固界面上的反射和折射特性研究，利用射线近似方法，得到了凹面相控阵聚焦声场在液固界面上反射和折射后的声场渐近解析表达式，对声波在液固曲面上的反射和折射声场进行了分析和讨论. 利用这个解析表达式，对凹面线性聚焦声场在液固平界面和液固圆柱界面情况下固体中折射纵波和折射横波的相控阵声场进行了分析和讨论，发现凹面线阵声场在液固圆柱界面下比液固平界面具有更好的聚焦效果. 关键词： 凹面阵列 超声相控阵 反射与折射     

矩形表面波探头声场的高斯声束叠加法

利用矩形压电晶片和有机玻璃楔块折射可激励出超声表面波,广泛用于固体近表面缺陷检测和材料特性测量.由于描述表面波三维声场的理论方法还鲜有报道,因而主要采用简化的表面波二维声场模型来定量分析这类问题.高斯声束模型近些年被广泛应用于解决超声体波传播的各种复杂问题,然而,目前还没有将其扩展应用到超声表面波的声场的计算中.通过结合表面波格林方程和矩形换能器的高斯声束模型,推导出基于高斯声束叠加的表面波三维声场解析解.进一步,将该方法与点源叠加的数值解进行了分析比较,计算结果表明表面波声场的高斯声束叠加方法在具有较好计算精度的同时,还具有更快的计算效率.     

声表面波在厚金属栅阵中的耦合模参数

提出了一种研究声表面波在压电晶体厚金属栅阵中传播特性的理论方法。将有限元和声表面波在周期栅阵中的变分原理分析方法相结合,在陈东培和H.A.Haus理论基础上、用有限元分析金属短路栅对声表面波传输特性的影响,将力学负载贡献的耦合模参数用有限元矩阵表示,使其适用于声表面波在厚金属或任意形状栅条中传输情况,给出了具体理论分析方法和相应的理论表达式。最后,具体研究了几种压电晶体上金、铝或银栅阵中声表面波的传输特性,通过数值计算给出了声表面波的耦合模参数。     

超小型声表面波谐振器

传统声表面波谐振器中的指条反射阵占据了器件的大部分尺寸。由于剪切横波(SH wave)在材料基片的自由端面反射时不产生模式转换,因此可望利用自由端面来代替SH型声表面波谐振器中的指条反射阵,实现超小型低损耗的新型声表面波谐振器。本文首先用COM理论对新结构的谐振器进行了讨论,并且在实验上实现了120MHz至440MHz的几个单端谐振器(ST36°石英基片),其插入损耗从0.87dB至1.29dB,面积缩小到传统谐振器的50％至25％。     

SH型声表面波在栅阵中传播特性的变分原理研究

提出了一个研究SH型声表面波在金属短路栅中传播时频散特性的理论方法,即根据陈东培和H．A．Haus理论,利用压电晶体中的变分原理和SH型表面波COM模型分析了栅阵中SH型声表面波的传播特性。该方法的最大优点是不需要使用复杂的Green’s function,其理论分析结果与Hashimoto有限元程序运算结果相一致。Hashimoto的程序在计算ST-90°X石英等一些晶体切向上短路栅的频散关系时是无解的。而这个新方法能很好的计算这些晶体上短路栅的频散关系。     

声表面波指间多次反射效应的复阻抗理论

对于声表面波的指间多次反射效应,从阻抗不连续的假设出发,提出了复阻抗理论,把指条等效为具有复数阻抗和复数传输相位的传输线,从而反映出指间多次反射效应。引入这样两个复变参量之后,指间多次反射效应就可以用很简明的解析式表达出来。这样,不仅对于等间距换能器的频响和均匀栅格的反射系数,而且对于抽指栅格的反射系数和色散换能器的频响,都可以用解析表达式来表述。与通常使用的矩阵连乘的数值计算方法相比,既可以讨论结果与参量之间的关系,又可以节省数值计算的时间。     

声表面波单向换能结构反射与激励相位耦合模参量的精确简易提取方法

耦合模模型中的反射相位与激励相位对于精确设计具有电极宽度调制、分布式声反射换能器或自然单向结构的声表面波器件是必不可少的关键参数。传统的相位参量提取需要单独演算声场驻波场,涉及复杂的体波贡献项的推导和计算。为此提出利用有限元软件COMSOL对周期栅格的单个胞元建模,采用谐响应求解器计算得到禁带边缘处的位移驻波场,通过确定驻波节点的位置实现相位精确提取。与已有的研究结果对比,在证实该方法的正确性与有效性的基础上,精确提取了面向耐高温应用的硅酸镓镧(0°,138.5°,26.6°)切型上重金属金电极结构的相位参数,有效的抑制自然单向性,优化设计了单端口声表面波异步谐振器,仿真与实验结果吻合。      

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。