低插损微小型表面漏波谐振滤波器

本文的工作在于,利用49°Y旋转铌酸锂基片,在其基片的表面激励表面漏波,利用其机电耦合系数k_s~2比较高;短路金属反射条声阻抗变化比较大的特点,成功地研制了表面漏波谐振滤波器(Surface Leaky waves resonators简称SLWR)。这种谐振滤波器的突出优点是所占的基片面积小,仅为同频率的声表面波谐振滤波器(SAWR)的1/4—1/5,50Q系统中的插入损耗仅2—5dB。 本文在实验上,测定了49°Y旋转LiNbO_3基片表面的机电耦合系数k_s~2及声阻抗失配比│8│,从而计算了不同短路金属反射条时的反射系数。利用等效电路模型定性分析了它在50Q系统中的插入损耗。并介绍了典型的实验数据。     

声表面波驱动的转动马达研究

在128°旋转Y切割x方向传播的LiNbO3基片表面平行地光刻两对工作频率为30MHz的叉指换能器(IDT)作为定子,当高频电压加在IDT1和IDT3(或IDT2和IDT4)时,基片上将产生两列平行但方向相反的瑞利波束,从而使得基片与其上部的转子间存在局部地相对运动,在滑动摩擦力偶的作用下转子经过加速后运动趋于稳定。本文给出了工作频率为30MHz的声表面波转动马达的一些实验测量结果:在120Vp-p的电压驱动下,马达经过400ms的加速后,转动速度达到稳定,约为270rpm,并对其工作机理进行了理论分析及计算。     

压电基片与金属点阵厚度对行波模式声表面波陀螺仪检测灵敏度的影响

过低的灵敏度性能一直是声表面波(SAW)陀螺仪的瓶颈问题,对此,提出了一种结合金属点阵用以改善陀螺效应的新型行波模式SAW陀螺仪,并对其性能进行了评价。该结构由双延迟线型振荡器构成,两延迟线平行且反向制作于同一压电基片上,在延迟线的声传播路径上分布铜点阵。结合层状介质中声波传输特性的研究方法分析了两种压电晶体材料、不同金属点阵膜厚对传感器响应的影响,从而为确定陀螺仪的设计奠定理论基础。基于理论计算结果,研制了以128°YX LiNbO3及X-112°Y LiTaO₃为压电基片,铜点阵厚度分别为33000 Å,6000 Å,9000 Å的95 MHz声表面波陀螺仪。为改善振荡器的频率稳定性,延迟线采用了具有梳状结构的单相单向换能器结构。振荡器的测试频率稳定度达到了±5 Hz/h。利用精确速率转台对所研制的SAW陀螺仪性能进行了测试。测试结果表明:采用机电耦合系数较高的128°YX LiNbO₃基片并增加金属点阵厚度均能有效提高陀螺仪的检测灵敏度,所获得的最大检测灵敏度为2.7 Hz/(deg/s)。      

相位干涉法测量表面声波速度的相对变化

本文提出了一种相位干涉法。用来测量表面声波速度的相对变化。因为它不需要测量表面声波速度与声传播长度的绝对值,与通常使用的脉冲法和相位比较法相比,具有设备简单,测试容易的特点。我们测得127.86°—LiNbO_3表面金属化后,表面声波的相对变化Δv/v_∞=0.02866,相对误差为0.25％。 如果能精确测定声传播路程的长度,则用本法也可以精确测出表面声波速度的绝对值。 文中给出了几种切割方向的LiNbO_3和石英的Δv/v_∞及v_∞的测试数据和误差分析。     

钽酸镓镧与石英声表面波传播特性对比研究

钽酸镓镧(LGT)是近年研制出的新型压电材料。计算了这种材料在不同切向和传播方向的声表面波传播特性,并和石英晶体上相应切向和传播方向的声表面波传播特性进行了对比分析。计算结果表明这种材料的声表面波传播速度一般比石英低1000 m/s左右,和石英一样,具有零温度切向和纯模方向,但它的机电耦合系数K2却远高于石英。还对目前报道的LGT的不同材料常数进行了对比计算,计算结果表明不同材料常数的声表面波传播特性有明显的差异,其中以频率温度系数差异最大。     

用脉冲重叠法精确测定表面声波的传播速度

本文提出采用交叉触发脉冲重叠法来精确测定材料的表面声波相速度.在一块样品上制作相同的三个叉指换能器A、B、C,在B与C之间的样品表面镀上金属膜.分别依次由A或C发射表面声波,而由其它两个换能器接收,即可测定表面声波的速度和速度变化.本文对LiNbO,石英及压电陶瓷样品进行了测量,测量精度估计约为±2m/s.     

声表面波耦合模模型参量的快速计算

根据分层介质理论精确求解压电基片和金属膜中的声波,计算了声表面波传播速度、机电耦合系数、静电容。结合陈-Haus理论,分析了短路栅阵的声表面波的传播特性,得到新的单电极栅阵栅条反射系数计算公式。计算了X-112°Y LiTaO_3上镀铝和ST石英上镀金两种情况下的耦合模模型参量,理论计算结果和国际上通用的Hashimoto程序计算结果吻合较好。实验测定了ST石英上镀金的反射系数,测试结果和理论结果更加符合。     

激光诱发的压电表面激励——产生垓赫级体声波

作者使用远红外脉冲激光作为电磁辐射源,在α-石英的表面上,激发出了0.9—3.4垓赫(垓赫=10~(12)赫)的极高频声波。在液氦温度下,观察到最高达3.4垓赫的纵波在Y切石英体内传播了12毫米,而没有出现由于纵波的衰变所产生的非相干声子信号。     

光衍射法观测叉指换能器在石英晶体中激发的各种声波

利用声光相互作用所引起的光衍射现象,观测了叉指换能器在石英晶体上激发的各种声波及其倒速度图。着重研究了z-切割石英晶体表面、沿y方向激发表面声波的叉指换能器在这个样品上激发的各种表面声波和体声波。对观察到的不同于瑞利波形式的表面声波进行了探讨,并说明这类波的特性值得进一步研究。     

高功率InGaAs量子阱垂直腔面发射激光器的研制

采用AlAs氧化物限制工艺实验制备了衬底出光的高功率大出光窗口（直径为300 μm）InGaAs/GaAs量子阱垂直腔面发射半导体激光器,实现了器件室温准连续工作（脉冲宽度为50 μs,重复频率为1000 Hz）,并对器件的伏安特性、光输出特性、发射光谱,以及器件的远场发射特性等进行了实验测试.器件阈值电流为460mA,器件的最大光输出功率为100mW,发射波长为978.6nm, 光谱半功率全宽度为1.0 nm,远场发散角小于10°,垂直方向的发散角θ_⊥为8°,水平方向的发散角θ_∥为9°,基本为圆形对称光束.     

不同晶体对称类的栅条反射系数的理论与实验研究

对四方4／mmm、六角6／mmm和三角3m等晶体栅条反射系数进行了详细理论分析,给出具体的数学表达式,不同于已有的立方m3m栅条反射系数理论计算公式。根据理论分析结果给出112°旋转X切Y传LiTaO3基片上的铝短路反射栅和沟槽的反射系数。用实验方法研究了112°LiTaO3基片上的沟槽填铝短路反射的反射特性,得到了内反射为零的条件。证明了在112°LiTaO3基片上可用沟槽填铝单指结构实现无内反射的结论。将上述结果应用于单指无内反射滤波器的研制,得到了中心频率255 MHz、带宽约10 MHz、带内畸变小于0.4 dB的带通滤波器。     

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％。     

激光超声检测带过渡圆角平板表面缺陷的数值研究

为了研究激光激发出的超声波在带过渡圆角的金属平板上的传播规律和检测表面缺陷的方法，采用有限元法模拟了该类平板中的激光超声现象，分析了表面波在圆角区域的传播规律和与表面缺陷的作用过程。数值结果表明:激光激发出纵波、横波和Rayleigh波等，其中Rayleigh波主要存在于表面mm量级，并且在过渡圆角处发生模式转换生成了直达波R′和模式转换波R_R等多种表面波；经过过渡区域后的声波在表面缺陷处发生了反射和透射现象，通过B扫图可以检测缺陷的位置。随着缺陷深度的增加，表面波的透射系数不断减小，且透射波R_t和R_st存在0.5 μs左右的到达时间差，该时间差与缺陷深度近似成线性正相关。数值结果为激光超声检测带过渡圆角的平板表面缺陷提供了有价值的参考。     

亚磷酸铝中温度补偿取向的声表面波特性研究

美国Allied公司(AC)对该公司生长的高质量亚磷酸铝(AlPO_4)单晶的五种切割测量了声表面波速度(v)、电声耦合系数(△v/v)和频率/温度特性(△f/f).理论预测的五种切割取向为:三种单转动切割——球体x轴80.4°、柱体x轴18.5°和x切19.1°;两种双转动切割——双转动A切和双转动B切.取向对应的欧拉角见表Ⅰ.     

应用于无线传感器的声表面波反射型延迟线的耦合模分析

基于耦合模理论对一种应用于无线传感器的声表面波(SAW)反射型延迟线的性能进行了优化模拟分析。结合混合等效电路模型推导出评价这种器件性能的时域反射系数S₁₁。典型的SAW反射型延迟线包含置于压电基片之上的一个换能器与沿声波传播方向设置的多个反射器。讨论了器件性能的各种结构性影响因素如换能器结构以及反射器类型等,并以此获得优化的器件设计参数。在理论优化分析的基础上,以41°YX LiNbO₃为压电基片,结合铝电极试验制作了采用单向单相换能器(SPUDT)与3个短路栅反射器的440 MHz SAW反射型延迟线器件,并与理论分析结果予以对比与评价分析。      

双层声波导乐甫波传感器的质量敏感度分析

本文推导了双层声波导结构乐甫波传感器的频散方程和质量敏感度。首先,根据连续边界条件求解声波波动方程,并推导双层声波导结构下乐甫波传播的频散方程;然后根据微扰理论推导乐甫波传感器的质量敏感度。文中并最后给出基于ST-90°X石英基片的乐甫波传感器的算例分析。基片表面依次覆盖二氧化硅和金两层声波导,根据上述推导式子计算出乐甫波相速度及质量敏感度随着声波导层厚度变化的特性。结果表明:声波导层厚度增加时,乐甫波相速度减小,乐甫波模式增多,控制波导层厚度可以获得单一的乐甫波模式;选择波导层的厚度,乐甫波传感器可获得最大质量敏感度。     

准一维电子通道中声电电流的理论计算

表面声波在GaAs/Al _x Ga_1-x As异质结表面上沿由分裂门产生的准一维电子通道方向传 播时，在通道中诱导产生声电电流.采用WKB近似，计算了只有一个电子被量子阱俘获时的声电电流；并在此基础上，详细讨论了表面声波的频率和功率，以及门电压和源漏偏压对声电电流的影响. 关键词： 表面声波 准一维电子通道 量子阱 声电电流     

瑞利临界角的相位法测量

本文根据声波在液体内传播到液-固介质界面上,在入射角为瑞利临界角附近时,反射波有位相π变化的特点,提出了测量瑞利临界角的相位法,并进行了实验观察。这种方法可以用来精确测量固体声表面波的相速度和检测固体中横波相速度的微小变化.     

利用锥型换能器的宽带低损耗声表面波滤波器设计

分析锥型换能器的基本原则是把换能器沿孔径方向划分成足够多的通道来进行近似,设计制作的关键是加权技术和数据处理技巧。由于SPUDT的特性,把EWC型的SPUDT引入到锥型换能器对制作宽带、低损耗器件是十分有用的;我们在Y128°LN基片上采用一般型和SPUDT型锥型换能器制作了相对带宽约15%的声表面波滤波器,一个换能器采用“块加权”,另一个换能器采用抽指加权。文中给出了两种器件的实验结果,SPUDT型声表面波滤波器的插损仅7.5dB。     

多层奥氏体钢中超声相控阵辐射声场分析

针对一维线性超声相控阵透过楔块,在多层不同晶轴取向的奥氏体钢中的声场辐射问题,结合高斯声束等效点源模型以及基于时间最小原理的射线追踪法,给出了各层介质中透射声场的计算方法。将奥氏体钢近似为横向各向同性介质,计算了相控阵透过楔块,在晶轴取向为0°的奥氏体钢中的无延时纵波声场,计算结果与COMSOL仿真结果相吻合,从而验证了所用方法的正确性。通过加入不同的延迟法则,仿真计算了三层含有不同晶轴取向(0°,30°,100°)的奥氏体钢中的纵波声场,实现了相控阵声场的偏转与聚焦,分析了偏转声场与聚焦声场的传播特性。仿真结果表明,不同的晶轴取向将导致不同的声束偏转以及聚焦效果。通过延迟激励各阵元,虽然可以控制声束偏转或聚焦到预定位置,但是晶轴取向仍会对声束宽度以及幅值产生一定的影响。