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本论文主要针对介电体超晶格中的声学超晶格,进行了关于制备、耦合物理效应等方面的实验以及理论研究,并基于这些研究成果制备了各种高频声学器件,例如多向多频超声换能器、体波延迟线等。另外,就超晶格中的表面波激发及应用也作了相关的理论和实验研究。 1、详细研究了钽酸锂及铌酸锂晶体的极化特性,发展了原有极化工艺,使用液体电极方法,成功制备了最小周期6微米,厚0.5mm的一维及二维钽酸锂及铌酸锂超晶格。并利用光学显微镜、网络分析仪以及激光超声探测仪等设备对声学超晶格进行了表征,为设计、制备超晶格提供了较为全面的实验依据。 2、基于声子极化激元的概念,结合本课题组现有压电超晶格的研究基础,提出了一种二维人工离子型晶体模型,将离子晶体和二维压电超晶格统一起来,通过引入张量计算,研究了多维度下压电超晶格中声子极化激元的形成机制和条件。发现由于压电体超晶格中的压电系数的各向异性以及极化结构的二维周期性,内禀的压电效应和逆压电效应共同导致了电磁波与超晶格振动(超声波)的相互耦合和激发。因此,二维周期调制产生的体超声波总能与激发它的电磁波耦合形成了比一维声学超晶格更为复杂的声子极化激元。通过理论及实验研究,发现了两种寻常极化激元之间的耦合与转换。对介电函数与极化激元色散关系的分析表明:耦合使得电磁波的传播特性发生了巨大的变化,特别是在谐振频率附近,这种耦合使得折射率椭球围绕z轴发生了偏转,进一步的分析揭示了在某一频率处存在两支色散关系曲线之间的转换。另外,我们也从实验上研究了基于这种二维人工离子晶体而制备出多频多向可调体声波激发器件的可行性。 3、利用压电及逆压电效应,通过设计和组合声学超晶格,制备了基于体声波的延迟线,即利用超晶格在时域以及频域对入射电信号进行调制。进一步的,通过引入变周期超晶格,还实现了超声波的脉冲压缩。研究表明,这种体声波延迟线具有传输损耗小,阈值高以及构造简单等优点。同时,利用电极化图案的多样性,我们还制备了基于二维超晶格的体波延迟线,也取得了初步的成果。最后,我们还研究了畴的形貌对于体波激发与探测的影响。 4、结合共面电极,研究了声学超晶格中的声表面波激发,并利用网络分析仪以及激光超声探测系统对其进行了实验验证,为声学超晶格走向实用化提供了一种新的方法和途径。 5、我们利用极化反转法制备了压电陶瓷超晶格,周期在10-50微米;以期获得大机电耦合系数,高产率低成本的声学超晶格,这为制备磁电多功能多频率工作的声学器件提供了一条新的途径。 通过上述这些工作,进一步发展了介电体超晶格的理论和实验体系,为进一步发展新型超高频声学和微波器件探索了新的途径。