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。     

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。     

压电晶体表面有限孔径源所产生声表面波的衍射场

到目前为止,声表面波有限孔径叉指换能器产生的衍射场一般是用角谱理论来进行唯象分析的,该标量理论的主要近似是忽略了问题的矢量性质,象在光学中那样,假定波场可以用一个标量来描述。在本文中,利用我们发展起来的压电晶体中弹性波场表面激发的严格矢量理论,给出了声表面波衍射场的全面严格的表叙。作为例子,对YZ-LiNbO_3进行了数值计算,所得结果跟角谱理论作了比较讨论。     

声表面波驱动的非接触式转动马达

在研究摩擦力驱动的接触式转动马达的基础上,本文研制了一种由声表面波驱动的非接触式转动马达.这种马达的定子选用128°YX-LiNbO3晶体,在晶体表面光刻两对叉指换能器,由叉指换能器在定子表面激发两列平行而反向传播的声表面波.定子表面铺一层流体,转子就浮在流体表面.当定子表面有两列平行而反向的声表面波传播时,流体层中就会产生平行而反向的声流,这种黏性流体的声流运动就会驱动转子运动.实验上测定了马达的角速度随驱动电压,流体层厚度以及流体运动黏性系数变化的结果.同时,我们也发现,在相同工作频率下,非接触式转动马达的阈值电压远小于接触式.     

声表面波空心叉指换能器

本文提出一种新的声表面波叉指换器结构——空心叉指换能器。对空心叉指换能器和普通叉指换能器(例如,双叉指换能器和单叉指换器)的性能进行了比较。给出了设计空心叉指换能器的数据。分析和实验结果证明,这种换能器与普通叉指换能器相比,其优点是:在相同的制造工艺和满足规定的指间反射的情况下,容易实现高的成品率和较高的工作频率。     

表面掠射体波(SSBW)

叉指换能器不仅是高效率的表面波换能器,而且往往也是有效的体波换能器。对表面波器件来说,这些体波将带来杂散影响,需加以抑制。与此相反,“表面掠射体波”(以下简称SSBW)器件,不是利用叉指激发的表面波,而正是利用它激发的体波来完成信号处理功能的。 这种体波由叉指换能器激发,形成紧沿表面传播的波束,其传播矢量几乎完全平行压电晶体表面,并满足表面边界条件。它的传播速度V_s与衰减基本上同于无限大介质中相同方向的体波。其同步频率满足下列关系     

线性调频叉指换能器辐射声功率流的不对称分配

利用声波引起的光衍射现象检测叉指换能器激发的声场分布的简单光探针技术,对YZ-LiNbO_3晶体表面几种不同参量的等指长线性调频叉指换能器向两端辐射声功率流的不对称分配进行了实验研究。并利用Smith等效电路模型,考虑叉指电极引起表面阻抗不连续而产生的指间多次反射效应,对上述问题进行了数值计算。实验测量和理论计算的结果基本上符合,并由此得出了几点简单的结论。同时也提出了值得进一步深入研究和改进的问题。     

基于绝缘体上硅的一种改进的Mach-Zehnder声光调制器

传统的基于绝缘体上硅的Mach-Zehnder(MZ)声光调制器中,叉指换能器位于两臂的同一侧.为实现高的调制效率,声表面波的波峰和波谷分别调制MZ干涉仪的两臂,这要求控制MZ干涉仪两臂之间的距离为奇数倍声波半波长.但实际上由于传播过程中衬底材料的变化,声波波长会变大,这会导致两臂的间距难以准确设置.另一方面,声波在传播过程中经过MZ干涉仪的一臂后会发生衰减,降低了对另一臂的调制效果,影响了整体的调制效率.本文针对这些问题给出了一种解决方案,把叉指换能器放在MZ波导两臂之间,确保MZ干涉仪两臂到叉指电极中心距离相等.采用有限元法,首先对新提出的结构进行分析,然后通过声光互作用原理得到了材料的折射率变化;进而研究了波导类型、波导宽度、氧化锌厚度及叉指对数等因素对声光调制效率的影响,并对声光调制器的结构参数进行了优化以提高其性能.基于COMSOL Multiphysics的仿真结果表明,当条波导宽度为6μm,氧化锌只覆盖有叉指电极的部分且厚度为2.2μm,控制叉指电极数目为50对时,波导有效折射率变化在驱动电压为1 V时可以达到4.08×10~(-4),比传统结构提高了12%.     

叉指换能器激发表面声波的生长特性

本文利用暗场法和光探针技术对叉指换能器,特别是线性调频叉指换能器,激发表面声波的生长特性进行了观察和测量。并且利用有关的理论进行了计算。实验和理论结果一致表明在共振激发指对的中心位置,声强极小;离开中心位置,声强迅速增长。对于周期性叉指换能器,向两侧增长是对称的;而对于线性调频叉指换能器,向两侧增长是不对称的,向高频端的增长比向低频端的更强,因而形成线性调频叉指换能器向两端辐射的不对称性。但是在实验结果与理论结果的比较中,也出现一些问题,我们对此进行了初步的讨论。     

长骨中振动声激发超声导波的方法

为了实现一定频段内任意低频下在长骨中激励导波信号,本文提出一种采用聚焦高频(5 MHz)超声换能器在长骨皮质骨中激发低频(150 kHz)超声导波的振动声方法.首先介绍了板状超声导波理论和双声束共聚焦法与单声束调幅法激发振动声的基本原理;进而采用三维有限元仿真方法分析振动声激发低频超声导波的基本现象,然后结合牛胫骨板离体实验,验证振动声激发低频超声导波的可行性.结果均表明,双声束共焦与单声束振动超声均可在骨板中激发低频超声导波.相关研究方法有助于提高空间域长骨中超声导波测量精度,以及在一定频段内实现任意频率激励等,对发展低频超声导波在体测量长骨皮质骨的新技术具有一定的指导意义.     

包含左手材料的四层平板波导中的光导模

研究一个芯子层是左手材料,其他三层由传统材料构成的四层平板光波导系统,利用图解法对各种TE偏振的导波模式的解进行详细分析.研究表明,四层左手材料光波导既能支持振荡导模,也能支持表面导模,与三层左手材料光波导相比较,此四层波导的导波模式呈现一些新的特性.对于中间传统材料层存在振荡场的情形:芯子层支持振荡导模的光波导中存在基模,并且高阶振荡导模出现模式缺失的性质;芯子层支持表面导模的光波导可以支持基模和多个高阶模式,并且存在模式兼并的性质.对于中间传统材料层存在衰减场的情形,此四层波导结构可等效为三层左手材料光波导.这些新的光波导传输性质对各种光波导器件的制作有潜在的应用价值.     

转移矩阵法在负折射率介质材料平板波导中的应用研究

利用严格电磁理论，推导出了适用于负折射率介质材料光波导的转移矩阵，分析讨论了转移矩阵的性质和应用.利用转移矩阵方法，推导出导波层为负折射率介质材料、覆盖层和衬底为右手材料的三层对称介质光波导的本征色散方程.用图解法研究了负折射率介质波导中TE波的异常色散特性.在负折射材料介质波导中没有零阶模，最低阶为1阶模，并且有截止频率,只有波导参量满足一定条件的时候才会存在，导模的横向波数可以为实数和纯虚数，而正折射率介质波导导模的横向波数只能为实数.     

含单负材料的不对称平板波导的传导模

利用图解法系统地研究了由不同类型的单负材料作为包层的三层平板波导的模式特征.研究表明单负介质波导具有一系列奇异的特性,与传统介质波导或左手介质波导相比,此波导的芯区横向振荡导模的模折射率范围较大.除0阶导模外,其它TE,TM导模均为芯区横向振荡模,且同阶的TE、TM模的色散曲线几乎重合,只有0阶的TE,TM模才可以支持表面波的传播.单负介质的结构参数对0阶导模的影响较大.一定条件下,波导中可以出现0阶导模的完伞缺失或仅支持表面波的传输,还会出现超慢波现象,甚至可以共生都是后向波的0阶双模.     

单轴各向异性异向介质平板波导中的导模特性

 推导了介电常数张量和磁导率张量中各分量带有不同符号的单轴各向异性异向介质平板波导的导行条件。根据分量符号的正负组合，分情况讨论了导行TE波的偶模特性，画出了平板波导中为实横波数时的布里渊图。结果表明，在特定条件下此平板波导中有无穷多导模，这与传统介质波导及各向同性异向介质平板中只有有限数量模式存在有很大不同。此外，还发现当分量参数满足一定条件时，出现了多个虚横波数的传输模式解，并且该模式存在高频截止。     

对称单负介质包层平面波导的模式特征

系统研究了负μ材料(MNG)作为包层的对称三层平板波导的传输特性. 研究发现,这种波导既支持快波的传播,又支持TE₀,TE₁模式的慢波传输. 其模式特性不同于左手介质波导和传统介质波导,导模存在的模折射率范围要比它们的大. MNG波导的TE₀快波模缺失,且TE_m模(m>1)的传播常数大于TM_m模的传播常数. TE_m模具有双模特征,且与波导的结构参数密切相关,导致波导中的净能流出现负值. 关键词： 单负介质 平板波导 快波与慢波 传播常数     

光折变表面波诱导的薄层波导中的导波模式

利用数值模拟对扩散非线性机制下由光折变表面波诱导的薄层波导中导模的形成和特点进行了研究。采用分布傅里叶法对导模的传输特性进行了模拟。通过求解本征方程,对光折变表面波诱导的薄层波导中存在的导波模式进行了数值求解。通过调节传播常数和波导参数的方法,可以控制导模的阶数和传播波形。随着阶数的增加,导模轮廓的对称性越来越差;随着波导参数的增加,导模的峰值振幅单调递增。导模的能量主要聚集在晶体薄层波导中靠近-c轴的一侧,随着传播常数的增大,导模能量先减小后增大,且导模可以稳定传播。     

全息明孤子的波导特性

研究了光折变晶体中的全息明孤子所产生的波导的特性，结果表明波导所有可能的导模数依赖于产生波导的全息明孤子光的强度.利用数值计算给出了在不同的孤子强度时波导的导模并考察了波导对导模和正弦余弦波的动态导引.     

Diffraction of guided waves by the end face of a dielectric slab waveguide terminated with a finite conductive strip

The diffraction of guided waves by the end face of a dielectric slab waveguide short circuited with a finite conductive strip is analyzed. An integral equation technique is employed to formulate the corresponding boundary problem. The unknown term in this integral equations is the electric field E(x) on the terminal plane of the waveguide. The homogeneous term is determined from the incident guided wave. A method of moments technique is employed to compute approximately the electric field E(x) by using Laguerre functions as describing and testing functions. The reflection coefficients of the guided waves are computed by using the approximate expression of the E(x) field. Numerical results are given for several guide and conductor plate dimensions.     

Long period grating in/on planar and channel waveguides: A theory description

A comprehensive, complete theory suitable for a long period grating (LPG) on/in a planar or channel waveguide is described on the basis of coupled mode theory. The theory aims at key characteristic parameters with respect to the effect of the LPG, including resonance wavelength, transmission power of the guided mode in the waveguide, full-width at half-maximum (FWHM) of the power attenuation band in transmission spectrum of the guided mode, and coupling coefficient between a guided and a coupled mode. The type of the grating including relief and index modulation, different polarization state combinations of the guided mode and the resonant mode, and slanted grating structure are considered in this theory. The influences of the coupling between two guided modes and between a guided mode and a substrate mode are discussed. The role of cladding layer in a long period waveguide grating is demonstrated in particular. Finally, the expressions for the sensitivity of resonance wavelength as a function of external temperature, pressure and surrounding refractive index are derived.