Главная  Развитие электрики 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [ 30 ] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43]

5.3. Эксперименты по распространению акустических волн через ПДС

Впервые отражение объемных ультразвуковых волн от ПДС, сформированной в ниобате лития, было обнаружено в условиях возбуждения самой акустической волны переменным электрическим полем [49]. Отражение носило резонансный характер и соответствовало выполнению условия кратности длины волны периоду ПДС. Отражение поверхностной акустической волны впервые наблюдалось от периодической доменной структуры, также сформированной вблизи поверхности ниобата лития [50].

Однако в этих работах и ряде последующих, результаты которых отражены в обзоре [21], не изучались частотные интервалы полного отражения и полного пропускания акустических волн через ПДС и не рассматривались вопросы пелипейного взаимодействия акустических волн с ПДС. Именно эти нерегаенные задачи побудили провести более полное изучение распространения поверхностных акустических волн (ПАВ) через ПДС, сформированную в ниобате лития. Выбор ПАВ был неслучаен и обусловлен тем обстоятельством, что уже в течение почти сорока лет проводятся интепсивпые исследования по распространению ПАВ в неоднородных твердых средах, нриведгаие к созданию целого семейства акустоэлектронных устройств. Однако в больгаипстве из них используются периодические структуры в виде капавок, металлических полосок и других подобных периодических неоднородностей [201]. Можно было полагать, что изучение взаимодействия ПАВ с ПДС расгаирит области применения первых.

Распространение ПАВ через ПДС в пиобате лития было исследовано с помощью экспериментальной установки, представленной на рис. 5.5. ПДС была сформирована электрическим


Рис. 5.5. Блок-схема установки для исследования распространения акустических волн через ПДС: 1 - структура доменов; 2, 3, 4 - торцевые преобразователи; 5-генератор; - супергетеродинный приемник; 7 -образец



способом [49] вблизи ж2;-поверхпости монокристалла пиобата лития с размерами 20{х) х2{у) x20{z) мм [51]. Она состояла из знакопеременных доменов типа «голова к голове» с периодом 50 =Ь 2 мкм и насчитывала 40 периодов, расположенных вдоль оси Z {1). ПАВ в виде коротких импульсов (т ~ 1 мкс) и периодом повторения 0,1-1 мс генерировались перестраиваемым генератором (5) с помогцью гаирокополоспого уголкового преобразователя {2) и детектировались двумя аналогичными преобразователями (5) и {4) {4-прогаедгаий импульс, 3 - отраженный импульс). Угол между волновым вектором падаюгцего импульса и осью ПДС составлял 14°. Для регистрации прогаед-П1ИХ и отраженных импульсов ПАВ использовался супергетеро-динпый приемник (б), резонансная частота которого синхронно перестраивалась с частотой генератора.

Поскольку нри падении акустической волны возникают как отраженные, так и преломленные волпы с различной поляризацией, то в экспериментах была предусмотрена возможность детектирования не только прогаедгаих и отраженных акустических волн, но и электрических потенциалов полей, сопровож-даюгцих упругие волпы. Как следует из обсуждения, приведенного ранее, волны электрического потенциала сопровождают упругие волпы пе только первой, но и второй гармоник. Причем для первой гармоники электрический потенциал (р пропорционален амплитуде акустической волны, а для второй гармоники потенциал ( пропорционален квадрату амплитуды первой акустической гармоники. Таким образом, измерение акустических потенциалов связанных пьезоэлектрических волн дает дополнительный способ контроля над взаимодействием акустических волн с доменными структурами.

Для измерения электрических потенциалов был использован бесконтактный емкостный способ, который ранее уже неоднократно применялся для детектирования объемных акустических волн [202]. Однако в указанном методе детектировался модулированный акустической волной электрический сигнал, возникаюгций за счет приложения к электродам конденсатора постоянного электрического поля. Конденсатор образован металлизированной поверхностью образца и изолированным от нее электродом. В использованном способе металлический электрод располагался на расстоянии порядка 10 мкм от пеметаллизиро-ванпой поверхности, и к нему не прикладывалось постоянное напряжение. Сам датчик представлял собой коаксиальную или линейную конструкцию электродов (рис. 5.6), расположенную па поверхности распространения волпы или па торцевых поверхностях. В первом случае было возможным детектирование вер-

А. в. Гол енищев-Кутузов и др.




тикальной электрической компоненты первой или второй гармоник ПАВ, а во втором случае детектировались соответствуюгцие компоненты объемных волн. Подобная конструкция не чувствительна к акустическим деформациям, а только регистрирует

электрическую компоненту пьезоэлектрического поля.

Электрические сигналы от торцевых преобразователей и емкостных датчиков регистрировались одновременно с номогцью двухка-нального осциллографа, а сигналы от первой и второй гармоник детектировались с помогцью селективного милливольтметра.

В серии экспериментов исследовалось распространение ПАВ относительно малой интенсивности через доменные структуры [51]. Представленные на рис. 5.7 амплитудно-частотные характеристики пропускания ПДС соответствуют распространению ПАВ с центральной частотой 32 МГц для сформированной оптоакустическим способом ПДС и 32,5 МГц для электрически сформированной ПДС. .4, дБ Было также обнаружено о небольпюе (порядка 3-5 дБ) ослабление в прохождении объемных продольных акустических волн соответственно на частотах 30-35 МГц для ПДС, сформированных оптоакустическим и электрическим способами. Такое значительное различие в условиях прохождения поверхностных и объемных волн можно

Рис. 5.6. Схематическое изображение емкостного датчика: 1 - образец; 2 - детекторная головка


32,5

35/, МГц

Рис. 5.7. Спектр ПАВ, прошедших через систему инвертированных доменов, созданных акустооптическим (i) и электрическим (2) методами

объяснить малой толгциной (вдоль оси у) созданных доменов (убывает но экспоненте е~У). В пагаем же случае глубина сечения нучка объемных волн, генерируемых преобразователем, составляет 0,5 мм.



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [ 30 ] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43]

0.0015