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声表面波

/surface acoustic wave/
条目作者汪承灏

汪承灏

最后更新 2024-12-13
浏览 184
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沿均匀各向同性弹性固体与空气或真空接触的表面传播,且能量集中在表面附近的弹性波。又称瑞利波。

英文名称
surface acoustic wave
又称
瑞利波
所属学科
电子科学与技术

声表面波传播速度是弹性波中传播速度最慢的波,比固体中的横波约慢10%。声表面波的质点振动是在波传播的矢簇平面内,由垂直于表面和沿传播方向两个位移分量构成,其相位相差90°,质点位移的轨迹为椭圆。图1为声表面波传播示意图。随着距表面深度的加深,声表面波的振动幅度(不一定是单调的)将趋于零,且当深度大于几个波长以后,其幅度即已很小。所以能量集中于表面附近的几个波长范围内,这是表面波的主要特征。

图1 声表面波传播示意图图1 声表面波传播示意图

当界面弯曲时,如柱面和球面,也存在声表面波;对于分层的半空间也存在声表面波。不过与平界面的均匀半空间不同,声表面波都是频散的,而且是多模的。

对于各向异性介质,如晶体,表面波也可传播。但是,由于各向异性,声表面波的传播速度因表面切向和传播方向而异。其质点振动位移一般有3个方向分量,相位之间的关系也较复杂。各向异性与压电性并存的压电介质中,也可存在声表面波。与非压电介质不同,这时随着弹性表面波的传播,还伴有电场分布的传播,这种电的扰动也以同样的表面波速度传播。

声表面波存在于自然界地震中,因此可应用于地球物理勘探。在超声学领域中,声表面波对表面缺陷的检测和延迟线的制作方面也有一定的应用。1965年,在压电介质表面上用叉指换能器有效地产生了声表面波,从此在电子学领域中也获得了广泛应用,构成声表面波器件。声表面波器件的基本结构如图2所示。它是在压电晶体(石英、铌酸锂和钽酸锂等)的抛光表面上用半导体平面工艺淀积金属(铝和金)叉指状电极的两个叉指构成叉指换能器,其中一个发射,一个接收。电信号通过发射换能器的汇流条到叉指上,通过压电耦合,将电信号变成声信号(声表面波),经过一段压电晶体中的传播,到达接收换能器,声信号再转换成电信号输出。电信号在两个叉指换能器上和传播途径中进行各种处理,从而构成具有不同功能的声表面波器件。

图2 声表面波器件的基本结构示意图图2 声表面波器件的基本结构示意图

声表面波传播速度比电磁波速度约小5个数量级,因而器件可微型化。千兆赫器件叉指宽度已小到亚微米。声表面波器件具有结构简单、稳定可靠和性能优异的特点,适用频率范围在107~109赫。声表面波器件主要有延迟线和延迟线振荡器、带通滤波器、脉冲压缩滤波器和谐振器等,已广泛应用于通信、雷达、电子对抗和电视等电子技术领域。

  • 应崇福.超声学.北京:科学出版社,1990.

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