Rayleigh波與Love波雙模式聲波產(chǎn)生器件的建模及特性研究

發(fā)布時(shí)間：2020-05-30 22:08

【摘要】：Rayleigh波是一種沿著壓電基底表面?zhèn)鞑サ穆暡?其能量主要集中在壓電晶體表面附近一個(gè)波長(zhǎng)范圍之內(nèi),并且Rayleigh波的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為一個(gè)橢圓,所以Rayleigh波器件在微流控制器件和氣體傳感器等領(lǐng)域有著廣泛的研究及應(yīng)用。Love波是一種在壓電基底表面上的波導(dǎo)層中傳播的剪切橫波,由于Love波的能量主要集中在波導(dǎo)層中,所以對(duì)表面干擾非常靈敏。因此,Love波器件在生物傳感器、電子器件及分析芯片等領(lǐng)域得到了廣泛研究和應(yīng)用。針對(duì)目前改變Rayleigh波器件中波的傳播方向和強(qiáng)度較為復(fù)雜的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種多叉指換能器Rayleigh波產(chǎn)生器件結(jié)構(gòu)和三維建模方案。在多叉指換能器Rayleigh波產(chǎn)生器件的三維建模中,選取壓電基底材料為128°YX-LiNbO_3,叉指換能器為Al電極,分別對(duì)叉指換能器數(shù)目為4、6、8的多叉指換能器Rayleigh波產(chǎn)生器件進(jìn)行三維模型實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了該器件的可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,多叉指換能器Rayleigh波產(chǎn)生器件可以在不同角度激發(fā)Rayleigh波,該器件中的聲波只有X和Y方向的質(zhì)點(diǎn)位移分量,且質(zhì)點(diǎn)的最大位移主要集中在器件表面的中心位置。此外,器件的模態(tài)頻率和質(zhì)點(diǎn)最大位移隨著叉指換能器數(shù)目的增加而增大,因此,產(chǎn)生的Rayleigh波強(qiáng)度和器件的混合性能也會(huì)增強(qiáng)。針對(duì)Rayleigh波和Love波兩種聲波不能在同一聲波器件中產(chǎn)生的不足,設(shè)計(jì)了一種Rayleigh波與Love波雙模式聲波產(chǎn)生器件結(jié)構(gòu)和三維建模方案。在雙模式聲波產(chǎn)生器件的三維建模中,通過(guò)一個(gè)壓電基底材料為128°YX-LiNbO_3,波導(dǎo)層材料為ZnO,叉指換能器材料為Al電極的雙模式聲波產(chǎn)生器件三維模型實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了該雙模式聲波產(chǎn)生器件的可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在49MHz～60MHz的頻率范圍內(nèi),該雙模式聲波產(chǎn)生器件有一個(gè)Rayleigh波模態(tài)解和一個(gè)Love波模態(tài)解,其頻率分別為49.5MHz和49.7MHz。在49.5MHz頻率處的Rayleigh波只存在Y方向和Z方向質(zhì)點(diǎn)位移分量的周期性變化,而X方向的質(zhì)點(diǎn)位移分量為0,并且Y方向位移分量與Z方向位移分量相位相差90°。在49.7MHz處的Love波只存在Y方向質(zhì)點(diǎn)位移分量的周期性變化,X和Z方向的質(zhì)點(diǎn)位移分量都為0,此時(shí)X方向?yàn)長(zhǎng)ove波的純模方向。
【圖文】：