基于声表面波的喇曼型声光移频器的研究

A Raman acousto-optic frequency shifter （AOFS） based on surface acoustic wave （SAW） is presented. It consists of a double-ended SAW resonator and optical waveguide system. The structure parameters of the SAW resonator are optimized using COM software and the optical waveguide system is designed using an effective index method. The AOFS prototype fabricated using MEMS technology is detected. The optical beat signals su- perimposed by ± 1st-order and ±2nd-order diffracted beams are detected. The frequency shift of 78.2201 MHz related to the 1 st-order diffracted beams and 156.2306 MHz related to the 2nd-order diffracted beams are obtained respectively.     

声表面波陀螺效应声光检测技术研究

简要介绍声表面波(SAW)陀螺效应和布喇格声光互作用现象,提出了检测SAW陀螺效应的方法。该方法的核心是通过声光布喇格作用,把SAW陀螺效应引起的声速变化信息寄载到布喇格衍射光中,通过检测布喇格衍射角度推算出固体介质的旋转角速度。论述了SAW陀螺效应检测原理,初步设计了检测系统,推导了SAW陀螺效应检测系统的测量公式。     

低损耗高Q值声表面波谐振器

介绍了低损耗高Q值声表面瑞利波和声表面横波谐振器的原理、结构、制作和关键的设计参数,以及实验结果。其中双端声表面瑞利波谐振器的有载Q值可达5000以上,无载Q值可达20000以上。     

一种用于激光打标机的声光Q开关

介绍了一种用于激光打标机调Q用的声光Q开关,描述了其原理设计和制作。给出了光孔径φ4mm,光波长1.06um,衍射损耗>50％,驱动功率50W,插入损耗<5％,调制频率1—50kH_z的实验结果。     

并联单端声表面波谐振器的陷波滤波器设计

通过采用并联SAW谐振器设计方法,利用SAW谐振器、压电晶体和IDT的等效电路,得出声表面波陷波器的频响曲线,解决了信号干扰的问题。此种方法突破了传统的把SAW谐振器作为串联元件的设计,并与之前的频响曲线进行比较,使得中心频率处的衰减达到30dB左右,能更好地进行选频。     

用于多普勒激光雷达系统的光纤声光移频器

介绍了应用于多普勒激光雷达系统中起频移作用的光纤声光移频器的设计及应用,描述了光纤声光移频器的工作原理,着重介绍光纤声光移频器的关键指标插入损耗、消光比、频率精度和稳定度的设计方法,得到了工作波长1.55 μm,插入损耗1.8 dB,消光比45 dB,频率稳定度优于频率×10 -7的实验结果。     

声表面波谐振器传播状态的ANSYS仿真

为描述声表面波的传播状态,利用ANSYS软件对声表面波(SAW)谐振器进行了仿真。在对声表面波产生机理和SAW谐振器工作原理分析的基础上,建立了SAW谐振器仿真模型,讨论了网格划分不同对仿真结果精度的影响,得出了在每个SAW波长尺寸内划分30～40个网格可以得到较精确的仿真结果。对不同长度声孔径的声表面波谐振器进行了仿真分析,得出了声表面波只在固体表面1～2个波长深度范围内传播的仿真效果图,与理论分析有很好的一致性。最后对IDT/ZnO/金刚石/Si结构的声表面波器件进行了仿真,得出该结构声表面波器件SAW传播速度与ZnO的厚度成反比,其大小是IDT/ZnO结构器件SAW传播速度的2～3倍。     

ZnO单晶声表面波谐振器传播特性的研究

基于有限元压电材料中表面波传播的有限元分析原理,利用有限元分析软件COMSOL对基于ZnO单晶材料的声表面波器件进行多物理域耦合建模与仿真,提取出了符合声表面波振型的对称模态变形图和反对称模态变形图。通过谐振频率分析,计算出了ZnO单晶的相速度和机电耦合系数;通过频率响应分析,得出谐振器输入导纳、阻抗与频率之间的关系图;最后讨论了叉指换能器的结构对谐振频率、反谐振频率的影响,得出输入、输出叉指换能器(IDT)的叉指电极对数越大,插入损耗值越大,信号衰减越小。     

单端口声表面波谐振器在片去嵌方法分析

为了准确地设计声表滤波器,需要从参考声表面波(SAW)谐振器的测量值中提取精确的材料参数。测量SAW谐振器时,单个谐振器无法直接进行测试,需要引出传输线并使用GSG或GS探针进行测量,消除传输线影响的去嵌入过程对于SAW谐振器材料参数的准确提取非常重要。该文介绍了几种声表面波谐振器的去嵌入技术,包括Open-Short算法、电磁仿真方法、分段等效电路模型方法、集总参数等效电路法。通过实例验证了几种常用的去嵌方法并对其进行了分析。     

基于差频原理的声光移频器

描述了声光移频器的特点及应用,依据一般声光移频器移频频率大于20MHz的局限性,提出了一种基于差频原理的声光移频器,介绍了其工作原理、光路设计及电路设计,在1 550nm波长下,得到了衍射效率>60%,移频频率±1MHz,频率稳定度优于10-6/2h的测试结果。     

声表面波谐振器回波信号的频率估计

声表面波(SAW)谐振器测量技术能在高温、高压、强电磁辐射和强电磁干扰等恶劣环境下,实现无线无源的参数检测。针对声表面波谐振器回波信号的非平稳特点,该文提出一种回波信号的频率测量方法“数字频率有效位数跟进法”(DFSPT)。仿真结果表明,该方法与现有的基于傅里叶变换法(FFT)和奇异值分解法(SVD)的方法相比,其能根据信噪比的不同,自行确定数字频率有效数字的位数,提高了频率估计的精度和稳定性。无线SAW温度传感器实验表明,该方法的频率估计标准差小,鲁棒性高。     

基于轮胎电容阻抗和SAWR的胎压传感器

介绍了一种由轮胎电容阻抗和声表面波谐振器(SAWR)组成的轮胎压力传感器,该传感器利用轮胎内部钢丝层的不同钢丝与钢丝间的橡胶组成的电容阻抗进行轮胎压力的测量,轮胎压力的变化会引起轮胎电容阻抗的变化,轮胎电容阻抗的变化通过声表面波谐振器转化为频率变化无线发射出去,从而实现轮胎压力的无源无线测量。根据理论分析设计了该传感器的实验系统并进行实验测试研究,实验测试结果表明,设计的传感器具有较高的测量精度。因此,该文提出的传感器设计方案可行。     

薄膜体声波谐振器调频工艺研究

薄膜体声波器件具有体积小及性能高等优势,相关产品已被广泛应用于移动通信市场。薄膜体声波谐振器(FBAR)电极层和压电层等声学层的厚度、材料是影响谐振频率的主要因素。该文分析了FBAR调频的必要性、原理及扫描刻蚀的工作方式,研究了调频层薄膜在不同刻蚀功率时对器件频率的影响。通过对FBAR器件进行调频,频率均匀性提高了6.5倍,频率分散性得到显著改善。     

L波段薄膜体声波谐振器纵波谐振频率计算

薄膜体声波谐振器(FBAR)电极层和压电层的厚度、材料是影响谐振频率的主要因素,确定各层的厚度和材料可得到期望的谐振频率。通过推导FBAR纵向运动应力方程,得到各层厚度、材料、频率参数与角频率相关的公式;采用MATLAB对FBAR各层应力和位移的边界、连续性条件方程组的行列式进行牛顿迭代,得到各层的频率参数。将确定的各层厚度、材料参数值及由牛顿迭代得到的频率参数值代入公式,可以得出谐振频率为1.453 8GHz。采用ADS对具有与公式计算相同厚度、材料的FBAR进行纵向振动Mason模型等效电路仿真,得到仿真模型的谐振频率为1.463GHz。仿真验证结果表明,谐振频率公式计算值和模型仿真值较近,可采用频率公式计算L波段FBAR纵波谐振频率。     

声表面波射频识别系统的FMCW信号源设计

频率调制连续波(FMCW)的产生(即FMCW信号源)是声表面波射频识别系统频域采样阅读器的重要组成部分。为了满足扫频速度、带宽和线性度等要求,采用直接数字频率合成器(DDS)与锁相环(PLL)混频,并结合IQ调制的方式设计了超高频FMCW信号源。实际制作了信号源电路,DDS芯片输出I、Q两路正交信号,并分别以差分形式传输至IQ调制芯片进行上变频。测试了DDS输出信号的差分、正交特性,分别对信号源产生的单频信号和扫频信号进行了测试。最后搭建系统对声表面波标签进行测试。测试结果表明信号源设计的有效性。     

一种MEMS体声波硅谐振器的设计

设计了一种基于SOI衬底工艺的MEMS体声波硅谐振器及其制造方法。利用有限元分析软件对该谐振器进行了模态分析,并针对提高品质因数Q,研究了其损耗机制。结果表明：谐振频率可达108MHz,且取决于硅材料特性和器件尺寸,而品质因数则决定于支撑损耗。最后,从振动模态和传输线模型角度出发,提出了减少支撑损耗提高Q值的可行性方法,包括将支撑梁放置在振动节点处、梁长度设置为弹性波长的1/4及在衬底端设置声波反射器。     

基于柔性衬底的磁声表面波谐振器

针对在柔性衬底上制备非晶软磁薄膜的技术难题,该文研究并制作了一种基于柔性聚酰亚胺(PI)衬底的磁声表面波(MSAW)谐振器。通过在柔性PI衬底上溅射沉积了非晶FeCoSiB磁致伸缩薄膜和ScAlN压电薄膜,光刻制备了叉指电极,并形成IDT/ScAlN/FeCoSiB/PI层状结构,成功获得了柔性MSAW谐振器。采用X线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)分析了薄膜的结构和表面形貌及利用振动样品磁强计(VSM)和短路微带线法测试了FeCoSiB薄膜的静态磁性和高频磁谱特性,最后在探针台上利用矢量网络分析仪对器件进行测试,并与COMSOL仿真结果进行对比。实验结果表明,该MSAW器件有两个谐振峰,其中瑞利波出现在28.32 MHz,兰姆波出现在93.69 MHz。     

具有表面微机械结构的体声波复合谐振器研究

本文报道了一种具有表面微机械结构的新型体声波复合谐振器。讨论了ＺｎＯ薄膜换能器的取向与体波模式机电耦合系数之间的关系；复合谐振器特性与器件参数的关系。给出了谐振器的制作工艺及测试结果。器件的尺寸为２５０μｍ×２５０μｍ，谐振频率在５５９．０５ＭＨｚ。     

高次谐波声体波谐振器

简要介绍了高次谐波声体波谐振器的独特优越性和发展概况。用有关高次谐波声体波谐振器的设计理论进行了设计。报道了对高次谐波声体波谐振器的实验研究，给出了超高频和Ｌ波段高Ｑ值高次谐波声体波谐振器的实验结果。     

基于耦合模理论的Y型声表面波器件特性分析

声表面波理论是研究高性能声表面波器件的理论基础。耦合模理论因能正确、全面反映声表面波在压电材料上的传播特性得到广泛的重视。应用耦合模理论分析推导自行研制的Y型声表面波器件特性,并编制相应的软件包。应用该软件包计算Y型声表面波器件中心频率处的插入损耗(-12．6dB)与实验结果(约-13dB)相近,为声表面波器件提供一种有效的分析工具。