Implementation of GHz SAW filters using quasi-harmonic interdigital transducers

本文利用准谐频设计方法,在常规光刻工艺水平上,成功地实现了GHz级声表面波(SAW)器件。准谐频叉指换能器(QHIDT)的优点为其指条宽与指间隙可以比一般的单指换能器宽,克服了单指换能器内指间的多次反射,并且又较好地解决了普通谐频叉指换能器基频抑制不好的缺点。本文给出了制作在ST石英基片上,工作频率1128MHz的声表面波滤波器的实验结果。     

利用准谐频叉指换能器实现GHz高频SAW滤波器

本文利用准谐频设计方法,在常规光刻工艺水平上,成功地实现了ＧＨＺ级声表面波（ＳＡＷ）器件,准谐频叉指换能器（ＱＨＩＤＴ）的优点为：其指条宽与指间隙可以比一般的单指换能器宽,克服了单指换能器内指间的多次反射,并且又较好地解决了普通谐频叉指换能器基频抑制不好的缺点,本文给出了制作在ＳＴ石英基片上,工作频率１１２８ＭＨＺ的声表面波滤波器的实验结果。     

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。     

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.     

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％。     

LB膜在SAW ILRAC及RAC相位修正中的应用

声表面波反射栅脉冲压缩器件(RAC)及直列式反射栅脉冲压缩器件(ILRAC),在脉冲压缩雷达及其他一些系统中用作匹配滤波,是一种重要的模拟信号处理器件。声表面波在器件基片上的各处速度的轻微差别将会影响器件的性能。器件中的金属膜结构(叉指换能器;金属栅条,点阵等)会改变表面波速度,因而镀膜,光刻等工艺的误差将对器件的参数产生影响,最终表现为对于到达输出换能器的声表面波的相位导致误差,降低脉冲压缩输出的主副瓣比。     

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。     

微波声学和微声器件的发展和应用

微波声学是一门新兴学科,十多年来发展迅速,并且已根据其原理发展出一系列新型的微声器件．本文简单地介绍了微声体波与表面波目前达到的水平,微波声子与电子、热声子、磁子、电子自旋量子以及核自旋量子等的相互作用以及它在研究固体方面的应用;表面声波的传播规律和表面波微声器件的现状及其发展前景;微声材料的现状及要求等．也指出了上述诸方面还存在的问题和其发展前途．重点放在表面声波及其器件方面．     

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。     

声表面波器件变频快速模拟方法*

声表面波器件的级联有限元模拟方法是从整体结构中分离出若干独立的基本单元,通过基本单元边界矩阵的级联实现有限长器件结构的模拟。在实际设计中,通过优化叉指换能器的指条周期,激发出不同波长的声表面波,调整声表面波器件的谐振频率,这导致级联有限元模拟方法存在频繁的单元建模与数据传输过程。为提高模拟效率,该文提出了一种波长(频率)变化时的级联有限元快速模拟方法。首先分析了不同波长对应单元系统矩阵间的关系,引入参考波长及波长变化因子,建立单元系统矩阵与波长之间的简易函数关系。接着利用参考波长的有限元模型快速计算出不同波长对应的单元系统矩阵,避免了多次单元建模与大量数据传输过程。最后利用边界矩阵的级联计算器件的频域响应,证明了该方法的有效性。     

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。     

由于表面粗糙引起的激光声表面波色散的实验和理论研究

表面粗糙是材料制造过程中必有的副产物, 粗糙表面会引起其中传播的声表面波的速度发生变化. 在利用激光声表面波对材料性质进行评估时, 常用宽带的激光声表面波速度频散特性对材料性质进行反演. 为了研究表面粗糙度是否能作为反演的特征参数之一, 本文建立了激光在表面粗糙样品中激发声表面波、聚偏氟乙烯换能器宽带接收声表面波的实验装置来研究不同粗糙度表面对声表面波速度的影响; 理论上建立了激光在粗糙表面中激发声表面波的计算模型, 利用有限元法得到声表面波的时域特征, 并进一步得到声表面波的速度色散曲线, 理论结果和实验结果能很好地拟合. 这为利用激光声表面波对表面粗糙的评估提供理论和实验依据. 关键词： 表面粗糙 激光声表面波 速度色散 聚偏氟乙烯传感器 有限元法     

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。     

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AlN声表面波滤波传感器器件的有限元仿真

声表面波器件是一种利用压电材料的压电效应与逆压电效应工作电子器件, 文章首先详细描述了声表面波器件的设计与仿真过程,运用有限元分析的方法分别计算了利用声表面波的 SAW 器件与利用体波的 BAW 器件的性能与各项参数,对相关的器件进行了计算分析,分别用上述方法研究了基于 AlN 薄膜的声表面波器件和悬臂梁结构的体波器件,推导得出了器件的电学导纳与频率之间的关系, 通过分析器件的导纳-频率曲线,推导出器件内部声波的模式以及合适的工作频率,最终得出在 IDT 周期为 8 微米的情况下,SAW 器件的理想工作频率是 0.7-1.95GHz,BAW 器件的理想工作频率在 0.6-3.2GHz 的结果。     

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.     

压电晶体半空间弹性波场的表面激发的分析(Ⅱ)——广义Green函数

由于相应于压电晶体半空间弹性波场表面激发的广义Green函数是与激发伏况无关而仅取决于材料参数和取向,所以它们能够预先独立地给予研究。 可以证明广义Green函数可以写成分别对应表面波、体波和静电效应三部分之和。 我们也证明广义Green函数的表面波部分和远场体波部分可以有解析表达式。于是被激发的弹性波场中表面波场和体波远场可以严格估计。 最后作为例子,我们给出了6mm类晶体的广义Green函数。     

具有单相单向换能器的水平剪切声表面波压力传感器插入损耗特性

为实现水平剪切声表面波压力传感器低损耗设计,系统研究了均匀叉指换能器(IDT)和单相单向换能器(SPUDT)器件的声波能量损耗性能。在确定最优反射系数的SPUDT结构的基础上,建立3D周期性有限元仿真模型,计算器件表面振动位移和双向输出电压瞬态响应。通过对电压信号进行傅里叶变换获得器件模型的插入损耗,并制备两种不同换能器的声学传感器,测试其频率特性和灵敏度。与均匀IDT相比,基于SPUDT器件插入损耗的仿真和实验结果分别降低了5.2 dB和5.6 dB,SPUDT器件灵敏度约为均匀IDT器件的两倍。结果表明,SPUDT能有效降低SH-SAW压力传感器声波能量的单向损耗,提高检测灵敏度,且构建的3D周期性有限元仿真模型有助于声学传感器的声波损耗分析,实现高精度和小型化的声学测量系统。      

利用激光超声研究功能梯度材料中声表面波的传播特性

利用有限元的方法建立了脉冲激光在功能材料中激发声表面波的理论模型,根据该理论模型分别分析了脉冲激光在不同空间调制下所激发的声表面波(SAWS)在功能梯度材料表面的传播特性,以及不同力学参量变化对所激发的声表面波传播特性的影响.模拟结果表明,线源激发的宽带声表面波在功能梯度材料表面传播时,声表面波会出现明显的色散效应;当...     

应用LiNbO_3声表面波驱动的全光纤声光频移器

介绍一种工作在10.7MHz的全光纤声光频移器.它由在LiNbO_3基片上制作的叉指电极换能器产生的声表面波驱动.当驱动电功率1.5W时,频移光转换效率达35％.