Поверхностные акустические волны

Рассмотрим волны Релея. Эти волны существуют только вблизи поверхности среды, отсюда название поверхностные. Поверхностные акустические волны находят широкое техническое применение в основном вследствие того, что их энергия сконцентрирована в сравнительно небольшом слое толщиной порядка одной длины волны вблизи поверхности.

Если среда является пьезоэлектрической, то электрические поля, связанные с такой волной, должны возрастать вблизи поверхности.

Скорость распространения поверхностной волны V_R меньше скорости распространения поперечной V_S и продольной V_l волн.

Скорость волны Релея V_R изменяется от 0,87V_S до 0,95Vs при увеличении коэффициента Пуансона от 0 до 0.5.

Поверхностные волны легли в основу устройств на ПАВ. В большинстве таких устройств основная часть энергии сосредоточена в приповерхностном слое толщиной 1-100 мкм.

Поверхностные волны легко возбудить в любой точке поверхности и удобно принимать в любой другой ее точке.

Поскольку волны распространяются по поверхности, в различных точках на пути распространения волны можно снимать сигналы с различной задержкой.

Для преобразования электрического сигнала в ПАВ и наоборот применяют встречно- штыревые преобразователи (ВШП).

Рисунок 5 - Механизм возбуждения поверхностной волны на поверхности пьезоэлектрической пластинки.

Рисунок 6 - Простой а) и многоэлектродный б) встречно-штыревые преобразователи.  

В случае многоэлектродного ВШП каждая пара электродов возбуждает волну Релея, а расположение пар подбирается так, чтобы возбужденные волны усиливали друг друга. Это возможно если расстояние между соответствующими штырями соответствует длине волны.

ВШП имеют очень малые размеры. Например, для возбуждения волны на частоте 40 мГц - ширина каждого электрода будет составлять не более 20 мкм. Скорость волны Релея в используемых материалах (ниобат лития) составляет 3,3 км/с, поэтому на частота 40 мГц длина волны 80 мкм. На частоты 1 Ггц расстояние между электродами составляет 0.8 мкм.

Для изготовления преобразователей таких размеров можно использовать хорошо освоенные методы фотолитографии, которые применяются в полупроводниковой промышленности.

Дата добавления: 2014-01-07