压电晶体半空间弹性波场的表面激发的分析(Ⅰ)——弹性波场表面激发的一般公式

本文发展了在压电晶体半空间,对于自由表面和金属化表面两种情况下,弹性波场表面激发的普适理论。可以证明广义弹性波场U是广义Green函数G和广义力T的卷积。 U=GT这里符号表示点乘卷积。 广义Green函数与激发条件无关,而只取决于材料参数和取向。 对于压电晶体,不仅表面力源,而且表面电源分布也能激发弹性波场。我们给出了对于力源和电源分布的广义力完整表示。特别对自由表面上电源分布,它可由表面法向电位移不连续,也可由切向电场不连续来构成。     

压电晶体表面激发的二维声表面波Green函数

最近,我们研究了在压电晶体半空间表面激发的二维广义Green函数。在本文将仔细讨论广义Green函数的表面波部分。用稳相法给出声表面波远场渐近解。但是由于这样的渐近解在接近慢度曲线的拐点处失效,我们发展了用变型Airy函数表示的普适渐近解,从而解决了在拐点附近的解的衔接问题。对于Y切LINbO_3,进行了声表面波Green函数分量和功率流密度的数值计算,结果表明在Y切LiNbO_3的Z方向上出现聚焦现象.     

压电晶体表面激发的赝表面声波Green函数

赝表面声波(PSAW)是各向异性介质和压电介质中存在的一种特殊的表面波模式,它在声表面波技术中有重要的应用。基于我们发展的压电晶体表面激发理论,对压电晶体表面激发产生的赝表面波Green函数和相应的赝表面波波场给出了解析表达式。在分析了赝表面波Green函数存在的条件和性质后。结果给出了石英和LiNbO3赝表面波的Green函数数值计算。     

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。     

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     

BG波在6mm类晶体表面沟槽上的散射

利用表面微扰技术,把6mm类晶体表面沟槽上BG波的散射问题化成一个广义Lamb问题。这时在晶体表面不仅存在一个等效的力源分布,而且存在一个等效的电源分布。我们对金属化表面和自由表面,给出了反射的表面波和散射的体波的解析解,并讨论了它的特性。 由所得结果表明,对于强机电耦合和高介电性材料,如PZT压电陶瓷,对金属化表面反射系数很大,而对自由表面则反射系数很小。     

短路金属栅对正入射瑞利波的散射

由压电晶体动力学方程等出发,用电表面边界微扰技术得到了入射声表面波在栅区激发的微扰电场及电荷分布;将这些电荷作为表面激发源,用积分变换得到了包括散射声表面波和体波的一般积分解。数值计算了YZ-LiNbO_3,表面上短路金属栅对正入射瑞利波散射的声表面波,给出了其反射系数,前向散射系数等与栅条宽度的关系;进而导出了声表面波经过金属栅时的相速变化。理论计算与实验测量结果符合较好。     

微波激发下非线性磁表面波传播特性

研究了微波激发下非线性反铁磁晶体与线性铁磁晶体交界面上transverseelectric(缩写为TE)表面波的传播特性.用反函数形式给出了反铁磁晶体中TE表面波磁场的精确解.分析了小功率和大功率传输时的场分布特征.求得了TE表面波的色散方程,进而讨论了系统的微波频率特性.分析表明,非线性TE表面波存在频率通带和禁带,其带宽是功率的函数,通过调节导波功率可以有效地实现通带和禁带之间的转换 关键词： 反铁磁晶体 铁磁晶体 非线性表面波     

旋磁晶体界面上的非线性TM表面波

研究微波激发下非线性反铁磁晶体与线性铁磁晶体交界面上TM(TransverseMagnetic)波的非线性行为.理论分析表明,非线性TM表面波存在频率通带和禁带,通过调节导波功率可以实现通带和禁带之间的转换.揭示了该导波系统可以激发后向表面波,其群速度与相速度反向.前向表面波和后向表面波的通带宽度一般可达到10GHz左右 关键词：     

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。     

声表面波介质表面受力条件下的波速变化研究

为了计算力负载直接作用在声表面波传播表面时波速的变化特性,通过有效材料系数将负载引入,并用广义Green函数计算声速,得到了数值计算的结果,并用声表面波谐振器进行了实验.实验结果表明,将力负载直接加载在声表面波的传播表面时,波速变化量和力负载大小近似为线性关系,该加载方式下,实验中声表面波谐振器的谐振频率对外加质量负载有较高的灵敏度,可达1900 Hz/g.     

斜入射声场中无限弹性圆柱的共振、表面波及声散射

本文讨论斜入射声波场中无限长弹性圆柱体的声散射特性与柱体的共振和表面波特性之间的关系。由自由柱的三维简正波解,可求得柱的自由共振频率与相应螺旋表面波的相速度以及螺旋角的关系,进而可求得表面波相速度的频散关系与水中声波入射角的关系,通过与Flex等在有关论文中的结果相比较,表明在倾斜入射条件下,无限弹性柱的共振方式与形函数曲线中极小值的频率基本相符,这一现象与正横入射时的现象相类似。     

半无界分层介质表面任意面源激发的弹性波场

研究了半无界层状介质自由表面任意形状的面源产生的弹性波场。首先,我们将层状介质中的传递矩阵理论从二维推向三维空间,在频率域研究了任意面源激发的三维弹性波理论问题。然后,深入研究了Rayleigh波和Love波的激发与传播特性,发现Rayleigh波和Love波的传播速度在与自由表面平行的平面内与传播方位角θ无关,但其激发强度却强烈地依赖于传播方位角θ。最后,我们具体研究了矩形源、无穷长条形源和圆盘激励出的弹性波场,并通过数值计算给出了Rayleigh波和Love波的位移指向性分布图。     

激光激发黏弹表面波有限元数值模拟

研究黏弹性材料中激光激发的Rayleigh波的传播特征. 考虑到黏弹性材料的黏性特征,在频域内建立黏弹性材料中激光激发Rayleigh波的有限元数值模型. 在验证有限元频域数值模型正确性的基础上,模拟脉冲激光作用在黏弹性材料上激发出Rayleigh波,进而讨论激光激发的黏弹Rayleigh波的传播特征,并比较黏弹性材料与弹性材料中激光激发的Rayleigh波差异,同时分析了材料的黏性劲度参量变化对Rayleigh波特征的影响. 关键词： 表面波 激光超声 有限元方法 黏弹性     

线性电介质和中心对称光折变晶体界面表面波的研究

报道了中心对称光折变晶体与线性电介质界面表面波的形成及能量变化. 通过调节传播常数和波导参数的方法,可以得到非局域、振荡、局域三种类型的表面波. 波导参数和传播常数之差大于阈值时,线性电介质和中心对称光折变晶体界面可以形成局域表面波. 波导参数为正值时,局域表面波主要聚集在中心对称光折变晶体内,随着传播常数的增大,波能量随之单调递增,表面波可以稳定传播. 在给定的条件下,调节决定非线性作用强度的可变参量可以控制局域表面波模的阶数和传播波形. 关键词： 非线性光学 中心对称光折变晶体 表面波     

海洋波导中目标声辐射场的计算方法

针对海洋波导中目标声辐射场的计算问题,提出了一种基于波叠加法并在近、远场采用不同水声传播模型的建模方法,可以将近、远场作为一个统一的系统进行高效地分析。该方法通过给定的已知表面振动速度的结构计算出目标内部虚拟点声源的源强,再配合在相应的水声环境中点声源传播模型的Green函数计算出结构外的声辐射场。以Green函数为纽带,在求源强和计算近场声辐射场时采用镜像虚源法,而在计算远场声辐射场时采用简正波法。通过该方法得到的有限水深波导中声速剖面为正梯度、负梯度、负跃层的3种情况下的脉动球、刚体摆动球的声辐射场计算结果与COMSOL的有限元计算结果进行对比,结果表明了该方法在提高计算效率的同时保证了计算精度。      

关于X射线衍射方程的Green函数解法

用傅氏积分解出在完整晶体下波动方程的Green函数,通过Green公式求出透射X射线波场D_h,D₀的表达式,并在入射波为平面波和球面波时,将得到的D_h,D₀值与其它作者的结果作了比较,也讨论了样品厚度与D_h,D₀的关系。 关键词：     

广义Fibonacci准周期结构声子晶体透射性质的研究

提出了一维广义Fibonacci准周期结构的声子晶体模型. 对弹性波通过该一维准周期结构声子晶体的透射系数进行数值计算,并与周期结构和标准Fibonacci准周期结构声子晶体的透射系数进行比较. 结果表明,利用一维广义Fibonacci准周期结构的声子晶体可获得比周期结构和标准Fibonacci准周期结构声子晶体更大的带隙范围,同时在带隙内有更丰富的局域模式存在. 对局域模性质的研究有助于声波或弹性波滤波器的制作. 关键词： 广义Fibonacci准周期结构 声子晶体 局域化     

固-液结构圆柱声子晶体中弹性波的模式和带隙

利用一维固-液结构圆柱声子晶体中弹性波横向受限的条件,推导弹性波在一维固-液结构圆柱声子晶体中各个模式满足的关系式,研究各个模式弹性波的特征.并用色散函数计算各模式弹性波的带隙随模式量子数和圆柱半径的变化规律.得出一维固-液结构圆柱声子晶体的带隙由模式量子数和圆柱半径确定.     

反射情况下X射线衍射方程的Green函数解法

对半无穷厚晶体用推迟Green函数G^(r),解出X射线在反射情形下的场值D_h,对有限厚晶体,用G^(r)和超前Green函数G^(a)能类似地求解,将这些结果与其它作者用Rie-mann函数或Fourier积分得到的结果作了比较,吻合是令人满意的。 关键词：