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％。     

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。     

声表面波单指无内反射叉指换能器

在陈-Haus^[1]理论的基础上,本文首先从实验上研究了YZ-LiNbO₃上的短路金反射栅及ST-X石英上的沟槽填铝短路反射栅的反射特性,证明了这两种结构存在异常反射现象。同时,在实验中发现YZ-LiNbO₃上的短路金反射栅存在用改变栅条厚度无法消除的残余反射现象。我们将陈-Haus理论开拓到各向异性晶体的实际情况,从理论上解释了这一现象。
进而从耦合模理论出发讨论了叉指换能器的反射理论。在此基础上,本文着重从理论和实验上提出了利用异常反射现象实现单指无内反射换能器结构,具体分析和实现了两种无内反射叉指换能器结构:YZ-LiNbO₃上的金单指结构和ST-X石英上的沟槽填铝单指结构。在YZ-LiNbO₃上做出相对带宽14%,带内畸变小于±1dB的带通滤波器。与通常铝单指结构滤波器相比,带内畸变减小近10dB。在ST-X石英上做出了相对带宽0.9%,带内响应与理论设计要求完全相同的带通滤波器,而用通常铝单指结构,则滤波器的带内畸变将达到8dB。     

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。     

基于拖曳倾斜线列阵的海底反射损失提取方法

在浅海环境中,海底声学参数对水下声场的精确预报十分重要.现有的海底声学参数反演方法大多数是采用固定垂直阵进行的,其缺点是不能实施大面积、高分辨的走航式反演.在已提出的垂直阵海底反射损失反演方法的基础上,研究了基于三种线列阵阵形的海底反射损失提取方法及其特点,提出了基于拖曳倾斜线列阵与三个声源组合的走航式海底参数快速获取方法,并对该方法进行了误差分析.研究结果表明：覆盖同样的掠射角范围,垂直线列阵需与多个距离的声源组合,拖曳水平线列阵只需一个声源组合但需要采用较大的物理孔径,拖曳倾斜线列阵综合了垂直阵和水平 关键词： 水下声场预报 海底声学参数 海底反射损失 拖曳倾斜线列阵     

磁控溅射制备ZnO薄膜及其声表面波特性

通过射频磁控溅射技术在GaAs，Au/GaAs，Si和玻璃基片上成功制备了ZnO多晶薄膜，利用X射线衍射对ZnO薄膜的取向、结晶性进行了表征，结果表明ZnO薄膜呈完全c轴取向，Au缓冲层可以有效地改善ZnO薄膜的晶体质量，X射线摇摆曲线结果表明ZnO(002)衍射峰的半高宽仅为2.41°，同时发现Au缓冲层的结晶质量对ZnO薄膜的c轴取向度有很大影响，通过扫描电子显微镜对ZnO/GaAs和ZnO/Au/GaAs薄膜的表面形貌进行了观测，利用网络分析仪对IDT/ZnO/GaAs薄膜的声表面波特性进行了测量. 关键词： ZnO薄膜 X射线衍射 声表面波     

声表面波在圆弧处反射及透射的数值研究*

为了研究直达表面波在圆弧过渡面处传播性能的变化,采用有限元方法模拟了热弹机制下,线性脉冲激光辐照金属铝块表面时激发的表面波在近表面传播过程中,在不同曲率半径的圆弧处发生的反射及透射现象,建立了圆弧半径与反射表面波以及透射表面波时域信号特征之间的联系。计算结果表明:曲率半径与表面波中心波长的数值关系对表面波在圆弧处的传播有显著的影响;同时证明了根据透射表面波信号的到达时间可以反演圆弧半径的大小,为之后利用表面波信号定量检测材料表面圆弧凹痕的深度提供了理论依据。     

声表面波机电耦合系数与短路金属栅阵的变分分析

本文给出一个变分表达式,它适用于自由表面和金属化表面上声表面波传播与散射分析。然后应用此表达式导出压电晶体材料声表面波机电耦合系数K²作为材料常数函数的近似解析表达式。并进一步求解了短路金属栅阵在同步频率附近的波表面反射系数,给出其作为基底与金属膜材料常数和金属条几何参数函数的解析表达。结果特别指出了导致上述效应的各种物理机制间的相互关系。数值结果与实验结果相符,变分处理简化了数学过程而突出了其中物理规律。     

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。     

嵌入压电基底蜂窝状声子晶体声表面波带隙特性

提出了将部分镍圆柱体镶入128°YX-LiNb03基底的二维蜂窝状压电型声子晶体.用有限元法结合低反射边界条件计算并分析了该结构的能带结构与传输损失.结果显示:与倒圆锥体结构相比,镶入型结构具有更低的声表面波(SAW)带隙,原因是将部分柱体嵌入到基底中增加了共振体的质量.通过分析带隙边缘处振动本征模态结合传输损失发现,...     

基于反射型延迟线结构的无线无源声表面波测温系统

从传感器核心元件及无线测温雷达的优化设计出发,研制了一种集成电子标签的高性能声表面波(SAW)无线无源测温系统。基于耦合模(COM)理论对作为传感元件的反射型SAW延迟线进行了优化设计,基于仿真结果,实验研制了采用YZ LiNbO_3石英基片的434 MHz反射型SAW延迟线,该器件是由一个换能器与8个反射器构成的反射型延迟线,其中3个反射器用于温度检测,另外5个反射器则用于采用相位编码的电子标签。测试结果显示所研制的反射型SAW延迟线具有良好的时域特性与较高的信噪比,并与理论仿真结果极为吻合。设计并研制了采用步进调频(FSCW)模式的测温雷达,利用高精度高低温箱对所研制的无线无源SAW测温系统进行了无线测试,系统表现出良好的线性特性,测温准确度达到了士1℃以内。     

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。     

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。     

倾斜波动壁面上液膜表面波演化特性的影响

对倾斜波动壁面上流体表面波的演化规律进行了研究. 考虑壁面形状为正弦波动壁面的情况, 分析液膜流动的线性稳定性, 并研究不同倾斜角度下扰动波波形随时间的演化情况及流经不同壁面形状时扰动波的波形变化. 对整体的波形结构分析可知, 随着时间的演化, 扰动波的演化过程呈现为更大波长的近周期变化规律, 与平板上的流动结构对比发现波动情况变得更加复杂; 当液膜流经波动壁面时, 扰动波在空间上不再呈现规律性变化, 且随着壁面倾斜角度的增加, 扰动波的振幅逐渐增加; 在相同的壁面倾角下, 波动壁面上的扰动波振幅大于平板壁面的扰动情况, 且波形扭曲程度更明显; 随着Re的增加, 扰动波振幅逐渐增加, 其对应波形的扭曲程度加深, 且随着壁面振幅的增加, 静态波振幅及扰动波振幅均随之增加, 对应的行进波周期不变. 最后, 分析了壁面倾斜角度对流动稳定性的影响.     

声表面波对GaAs(110)量子阱发光特性的调制

结合声表面波和光致发光谱在低温(15K)下对非故意掺杂的GaAs(110)量子阱结构的发光特性进行了研究.实验结果表明，由于声表面波的作用GaAs(110)量子阱的发光强度减弱,并且其对应的重空穴能级出现了分裂的现象，当施加的声波强度P_rf达到20dBm时，能级分裂ΔE达到了10meV.进一步讨论了声表面波对GaAs(110)量子阱圆偏振光自旋注入的影响. 关键词： 发光 GaAs量子阱 声表面波 自旋极化     

深海海底反射会聚区声传播特性

在深海声道条件下,海水折射效应会使得声场出现会聚效应;在不完全声道条件下,深海海底对声场具有重要影响.利用在中国南海海域收集到的一次深海声传播实验数据,研究了深海不完全声道环境下的海底反射对声传播的影响.实验观测到不同于深海会聚区的海底反射会聚现象,在直达声区范围内的海底地形隆起可导致海底反射会聚区提前形成,并使得部分影区的声强明显提高.由于不平坦海底和海面的反射破坏了完全声道环境下的会聚区结构,在60 km范围内存在两个海底反射会聚区,会聚区增益可达10 dB以上,同时在11 km附近的影区和51 km附近形成高声强区域.当接收深度与声源深度相同时,第二会聚区的增益高于第一会聚区.在第一会聚区内,随着接收深度的增加,声线到达结构趋于复杂,多途效应更加明显.使用抛物方程数值分析结合射线理论对深海海底反射会聚区现象产生的物理原因进行了分析解释.研究结果对于声纳在深海复杂环境下的性能分析具有重要的指导意义.     

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.     

表面波电磁声换能器的设计

简要介绍了产生表面波的电磁声换能器（EMAT）的工作原理，设计，制作了收发分开的两种EMAT，并建立了实验测试系统、测量了信号和发射EMAT提离距离的关系曲线，研究了激励脉冲个数、接收线圈的匝数对换能器信号的影响等。     

低频声表面波对细激光束的衍射效应

对于频率为几十赫兹的液体表面声波,实验上观察到反射光所形成的稳定、清晰的激光干涉图样.改变表面声波振幅,进一步发现了干涉图样的调制效应.调制效应明显地表现为干涉条纹的缺级,并且随表面声波振幅变化.依据波动光学原理,分析了调制作用下光束干涉所产生的光强解析分布及条纹特征,得到了干涉条纹角宽度与表面声波之间的解析关系,并据此对表面声波的特性参量波长和振幅及各级条纹相对光强分布规律进行了测定.