Введение к работе
Актуальность темы. В современной технологии большую роль играет использование поверхностных (упругих) акустических волн (ПАВ). Широко применяются акустические датчики на ПАВ, предназначенные для определения параметров внешней среды. Поверхностные волны также используются для контроля свойств тонких пленок микронной толщины. Существуют и развиваются приложения, связанные с техникой передачи информации. Порядка 20-30 лет назад были обнаружены так называемые псевдоповерхностные (или оттекающие) акустические волны (псевдоПАВ). Эти волны обладают рядом интересных особенностей, в частности, более высокой скоростью распространения.
Типичный датчик на поверхностных акустических волнах состоит из упругой (пьезоэлектрической) подложки и ряда упругих (пьезоэлектрических) слоев, выполняющих различные функции. Аналитический расчет характеристик ПАВ для такой системы является трудноразрешимой проблемой. Поэтому на практике необходимо использовать численное моделирование.
Численное моделирование ПАВ в многослойных анизотропных пьезоэлектрических системах развивается в течение последних двадцати лет и является актуальной научной задачей. Мощный импульс для становления численных методов дали исследования, проведенные в другой области - геофизике в пятидесятых-шестидесятых годах. В последнее время значительно возрос интерес к анализу различных механизмов затухания и дисперсии ПАВ, которые регистрируются в эксперименте.
Цель работы состояла в том, чтобы: 1. численно реализовать матричный метод расчета ПАВ в многослойных упругих пьезосистемах (метод Адлера) и модифицировать его формулировку с учетом различных механизмов затухания и дисперсии;
4 2. применить развитый таким образом алгоритм для решения следующих практически важных задач:
определение затухания и дисперсии ПАВ вследствие контакта поверхности связкой жидкостью;
обнаружение и исследование псевдоповерхностных волн в многослойных системах;
определение всех типов поверхностных волн для заданного типа кристалла при любых ориентациях.
Научная новизна и практическая ценность работы:
-
матричный метод расчета ПАВ реализован численно как замкнутая программа, написанная на современном научном уровне;
-
осуществлена модификация матричного метода с учетом различных механизмов затухания и дисперсии ПАВ (контакт с вязкой жидкостью, переизлучение вглубь объема, вязкоупру-гость и т.д.);
-
задача о контакте датчика ПАВ с вязкой жидкостью впервые решена в точной постановке в рамках общепринятой модели;
-
показано, что в многослойных системах могут существовать решения - высокоскоростные псевдоповерхностные акустические волны, обладающие замечательными свойствами. Такие решения невозможны для подложки без слоев;
-
проведен полный анализ всех типов поверхностных волн для нового типа кристалла (ортофосфата галлия - GaPO,4).
Полученные новые результаты представляют непосредственный практический интерес для технических приложений.
Степень обоснованности результатов работы. Результаты работы сравішваются с экспериментом и данными других авторов. Пакет прикладных программ для расчета ПАВ, развитый и использованный в диссертащш, был тестирован ранее в течение ряда лет и доказал свою высокую научную достоверность.
Апробация работы. Результаты работы неоднократно докладывались в СП6ТУ, а также в МГУ, в Морском университете, на рабочих конференциях Института Электроники Твердого Тела (Берлин, 1995 -1997) и на Международном Ультразвуковом Симпозиуме (Торонто, 1997).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Материал разбит на две части. Первая часть по-священа^в основном,расчетам незатухающих поверхностных упругих волн. Вторая — расчетам поверхностных волн при наличии различных механизмов затухания. Общий объем работы составляет 114 страниц, включая 34 рисунка и список литературы, содержащий 78 наименований.