金属膜声波导中频散特性研究

我们在严格地考虑了晶体中表面波速度的各向异性的条件下,讨论了金属膜声波导中频散效应.接着我们用光学法对常用的Y切割Z传播的铌酸锂晶片上的金属膜声波导进行了实验验证.结果表明:我们的理论计算结果比以往的近似理论计算结果与实验更好地符合.     

声表面波在线性调频声栅上作Bragg衍射后的聚焦声场

本文应用准周期概念给出声表面波在线性调频声栅上Bragg衍射的透射函数。将一级衍射波的分布作为有限孔径内的已知分布。将求解透射区的一级声束的场分布问题作为求上述有限孔的衍射问题来处理。分析结果表明,对偏转声束来说,在Fresnel区存在一个Fraunhofer平面。线性调频声栅同时起两个作用:它既相当于一个等周期的声束偏转器,同时又是一个Fresnel透镜,在焦平面上的声场分布,是声栅出射平面上偏转声束幅度分布的Fourier变换。分析结果还表明:聚焦声轴随入射声波频率而平行移动。这一现象属首次发现,实验结果证实了上述理论分析预计。 关键词：     

声表面波在声栅上的Bragg衍射

本工作揭示了声表面波在声栅上的Bragg型衍射效应。应用简正波理论近似处理了在强Bragg条件下,声表面波在声栅上衍射的一些规律:栅阵内简正模式,偏转角和偏转效率与入射声波工作频率和声栅参数的关系。实验上,我们在y切割LiNbO₃压电晶体表面,用金属栅阵构成声栅,用光学法观察了声表面波(Rayleigh波)在上述声栅上的Bragg型衍射现象,并测量了偏转角和偏转效率随工作频率的关系。实验与理论结果比较表明,二者基本上是符合的。 关键词：     

THE DIFFRACTION OF NORMALLY INCIDENT SAW BY ACOUSTIC GRATING

The diffraction phenomena of SAW normally incident on acoustic gratings have been developed.The acoustic grating which is composed of a periodic array of metal film stripes is fabricated on thesurface of Y-cut LiNbO_3 on which the SAWs propagate. Theoretically,the diffraction characteristics of the gratings on which the SAW beam normallyimpinges are analyzed by means of the phenomenological theory.The emphases are laid on twospecial cases,i.e."thin grating"and"thick grating"situations.For the former,the Raman-Nathapproximation is quoted from the theory of acousto-optical diffraction.For the latter,the analyticalexpressions of the diffracted intensities are deduced by using the normal mode theory. Experimentally,two sorts of samples which correspond respectively to"thick grating"and"thingrating"are designed and fabricated.Some interesting results are obtained by means of the opticalmethods.The images of the SAWs power flows of the diffracted acoustic fields as well as the SAWwavefronts within the grating     

声表面波透过理想化线性调频声栅后的Raman-Nath衍射特性

本文将声表面波声栅上的Raman-Nath衍射现象研究发展到其周期的空间频率为线性变化的声栅情形。在理论上,首先将声栅的调制函数理想化为正弦函数,然后将声栅出射平面上相应区域作为无穷障板上有限孔径内的场分布,采用光学中熟知的Kirchhoff衍射积分公式来求透射区的衍射场。给出了物理概念清晰的分析结果。表明声栅同时起两个作用:一是相当于一个等周期声栅作Raman-Nath衍射;二是对各衍射级声波又同时是具各自不同周期变化率的Fresnel透镜,实验上采用特殊结构叉指换能器来模拟上述理论要求的出射波阵面。实验结果良好地证实了上述理论分析结果。     

一种“闪烁型”IDT阵列声束偏转器

本文提出了一种类比于光学中“闪烁光栅”的声表面波叉指换能器的陈列结构。讨论了由该阵列激励的一级声束(主偏转声束)的相对强度与阵列诸参数的关系。讨论了该声束的相对强度随声频而变化的规律(频率响应)。理论分析与实验结果表明:对本文所述的具体阵列结构说来,主偏转声束的相对强度,在声频变化一个倍频程范围内,达65％以上,而其起伏小于3dB。本文所得到的一些基本规律,适用于阶梯形叉指换能器阵列所构成的声束偏转结构。     

各向异性介质中球面声波的聚焦特性分析

对光学透镜而言,介质各向异性问题不是一个重要问题。因为一般透镜都用固熔体制作。即使在某些特殊情形下用到单晶材料,也可设法用立方对称晶体,其在光学上仍是各向同性的。然而微波超声学情形则不同。介质多用单晶,即使是立方对称单晶,声学上的各向异性影响也是不容忽视的。     

声表面波垂直入射于声栅时的衍射

本文分析了声表面波垂直入射于声栅时的衍射现象。理论上,应用唯象理论分析了声表面波垂直入射于声栅时,在“薄栅”和“厚栅”条件下的衍射特性。实验上,我们用光学法观察和测量了相应于“薄栅”和“厚栅”两种条件下的声栅衍射现象,得到了一些有意义的结果。例如,衍射声场近场的强度分布、正一级和负一级声的干涉场的强度分布,声栅内及透射后近场的声波波阵面等。还测量了各级衍射声波传播角度随频率而变化的情形,测量了零级和一级衍射声强度随频率而变化的情形。最后,将上述实验结果与应用唯象方法所分析的结果作了比较。     

声表面波在Bragg声栅上衍射的偏转声束的发散角

本文从声表面波在声栅上的Bragg衍射的偏转角公式和偏转效率公式出发,分析了偏转声束的发散角δθ_1与声栅有关参数的关系。文中定义了声栅Bragg衍射的“Bragg角谱宽度”δθ_B,讨论了该量在判定偏转声束发散角δθ_1时的意义。结果表明:若入射声束的发散角δθ_(inc)的值大于声栅“Bragg角谱宽度”δθ_B,则偏转声束的发散角δθ_1等于δθ_B;反之若δθ_(inc)小于δθ_B,则δθ_4=δθ_(inc)。 实验上,应用观察和测量声-光衍射图案中的各束声对应的衍射光点的宽度的方法,对四种不同结构的样品——其中两种相应于δθ_(inc)(?)δθ_B,另两种相应于δθ_(inc)(?)δθ_B的情形——测量了δθ_(inc)和δθ_4。结果表明,上述理论分析结果与测量结果是一致的。     

一种新型的集成声学频谱分析器

本文介绍作者设计和证实的一种新现象——当叉指换能器阵列的各阵元横向位置和它们的同步频率分别按线性调频规律排列和设计时,其激励的声表面波的主声束,不仅能自动聚焦,而且其聚焦场的轴随频率而平移扫描。即当频率改变时,聚焦声束相应地改变其位置而不变其方向。基于上述现象,作者提出一种新形式的集成声学射频频谱分析器(IASA)结构。由于该结构可实现聚焦轴随待处理信号的频率作平移扫描,故可以避开基片各向异性所带来的困难,可保证器件的测频精度和频率分辨率。因此,可以说,平移现象的发现和这种结构的采用,使IASA在走向实用化的道路上迈过了关键的一步。