Основы кристаллоакустики

содержание

Введение

Упругие свойства твердых сред

Распространение акустических волн в кристаллах диэлектриков:

уравнение Кристоффеля; скорость распространения и поляризация акустических волн (алгоритм решения задачи о нахождении скорости распространения и поляризации волн); кривые фазовых скоростей, обратных фазовых скоростей (волновых векторов); влияние элементов симметрии кристалла на типы распространяющихся волн; вектор плотности потока энергии; лучевая скорость (алгоритм решения задачи о нахождении скорости и направления акустического луча); отражение и преломление акустических волн в кристаллах диэлектриков (постановка задачи; особые случаи; граничные условия; аналитический и графический способ решения задачи); поверхностные акустические волны в кристаллах диэлектриков (алгоритм процедуры поиска ПАВ)

Распространение акустических волн в кристаллах пьезодиэлектриков:

уравнение Кристоффеля; скорость и поляризация волн; плотность потока энергии; лучевая скорость; ультразвуковой способ определения пьезоэлектрических и упругих постоянных пьезоматериала; отражение и преломление акустических волн в кристаллах пьезодиэлектриков (постановка задачи; особые случаи; граничные условия; аналитический и графический способ решения задачи); поверхностные акустические волны в кристаллах пьезодиэлектриков (типы волн и их особенности); поверхностные акустические волны во вращающихся кристаллах пьезодиэлектриков (анизотропия свойств, в т.ч. связи с электрическим полем (непьезоэлектрические направления))

Распространение акустических волн в кристаллах пьезополупроводников:

постановка задачи; модуль упругости и коэффициент затухания; анализ скорости распространения волн; анализ коэффициента затухания (акустоэлектронное взаимодействие)

Основы акустооптики:

дифракция Рамана-Натта; дифракция Брэгга (акустооптическое взаимодействие)

Список рекомендуемой литературы

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

§1 Упругие своЙства твердых сред 5

§ 2 Основы Распространение акустических волн в кристаллах 7

Рассмотрим процедуру поиска ПАВ в кристалле диэлектрика. 24

Процедура поиска ПАВ 35

Таким образом, оба подхода построения датчиков углового движения основываются на регистрации приемным преобразователем электрического поля, сопровождающего ПАВ. При этом величина детектируемого сигнала пропорциональна скорости вращения. Помимо эффекта возникновения поля проведенный анализ показал и наличие стабильности скорости волны, что исключает возможные изменения сигнала из-за рассогласования параметров ПАВ и нанесенных на звукопровод ВШП и отражающих структур. 50

Акустооптика – раздел физики, изучающий взаимодействие ультразвуковых волн с электромагнитными волнами (акустооптическое взаимодействие), а также раздел техники, в рамках которого разрабатываются и исследуются приборы, использующие акустооптическое взаимодействие (акустооптические приборы). 59

Фотоупругость 59

где и – диэлектрическая и магнитная проницаемость соответственно. 59

60

Список рекомендуемой литературы 67

Введение

Акустоэлектроника – раздел науки, изучающий особенности взаимодействия, распространения и преобразования акустических волн в различных средах с целью использования для создания специальных электронных устройств, а также область техники, занимающаяся их разработкой и созданием.

Среди упомянутых взаимодействий можно выделить следующие основные механизмы:

1. Акустическая волна – акустическая волна (фонон-фононное взаимодействие) –изучается в нелинейной акустике;

2. Акустическая волна – электроны проводимости (фонон-электронное взаимодействие) – изучается в акустоэлектронике. Интерес представляет акустоэлектрический эффект – эффект возникновения постоянного тока или ЭДС в проводниковой среде (металл, полупроводник) под действием бегущей акустической волны за счет взаимодействия с дрейфовыми электронами в среде.

3. Акустическая волна – электромагнитные волны (фонон-фотонное взаимодействие) – изучается в акустооптике (раздел науки, изучающий взаимодействие акустических ультразвуковых волн с электромагнитными волнами (акустооптическое взаимодействие), а также раздел техники, в рамках которого разрабатываются и исследуются приборы, использующие акустооптическое взаимодействие (акустооптические приборы)). Интерес представляет дифракция света на ультразвуке ‑ процесс поглощения (испускания) фотона на фононе.

К основным акустоэлектронным устройствам относятся:

1. пассивные линейные устройства (линии задержки, фильтры)

2. активные линейные устройства (усилители сигнала)

3. нелинейные устройства (генераторы, модуляторы, перемножители и т.д.)

Основными элементами акустоэлектронных устройств являются:

1. Электроакустические преобразователи (пластинки, пленочные, встречно-штыревые преобразователи (ВШП))

2. Звукопроводы

3. Отражатели, резонаторы, многополосные электродные структуры, фокусирующие устройства, концентраторы энергии

Теория распространения упругих волн в кристаллах, созданная ещё в прошлом веке трудами Стокса, Пуассона, Рэлея, Коши, Грина и Кристоффеля, в настоящее время интенсивно развивается. Большое внимание, уделяемое этому вопросу, обусловлено широким проникновением акустических методов исследования в физику твёрдого тела, а также всё расширяющимися применениями упругих волн в радиоэлектронике для создания монокристаллических ультразвуковых линий задержки, оптико-акустических систем обработки информации, ультразвуковых дефлекторов и других акустоэлектронных устройств. Независимо от роли, которую играет ультразвуковая волна (ультразвуковой луч), во всех практических применениях приходиться иметь дело с распространением разного типа упругих волн в образцах специальной формы и размеров (звукопроводах), выполняемых из анизотропных материалов. Изучение закономерностей распространения акустических волн в кристаллах является теоретической основой акустоэлектроники.

Изложению этих теоретических вопросов, необходимых при расчёте акустоэлектронных устройств, посвящено данное учебное пособие.