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声子晶体是两种或两种以上的弹性材料按周期排列所组成的人工复合结构,由于其丰富的带隙特性在很多领域得到关注。作为一维压电声子晶体,声表面波器件在射频信号处理方面已得到广泛应用,虽然二维压电声子晶体具有更加丰富的带隙特征,但对二维压电声子晶体中声表面波传播的研究却不完善。 本研究主要内容包括:⑴提出了有限元模型结合纵向深度方向位移场特征分析的方法。通过建立有限元模型得到混合模态的能带结构,依据体波、伪表面波、表面波在纵向方向上位移场分布变化规律的不同,提取出表面波模态,进而在宽带内找到声表面波的带隙分布。以晶格常数为13μm、散射体半径为3.5μm、膜厚为0.7μm的Al/128°YXLiNbO3为例,找到其在ΓX方向上的两个带隙:230MHz~250MHz和380MHz~410MHz。⑵引入P矩阵及其级联,并提出采用双延迟线模型分析,同时结合准三维有限元求解的方法。为了获得单元P矩阵,引入了双延迟线分析模型,通过不同传播路径的信号比对,得到二维压电声子晶体中声表面波的传输系数表达式;建立三维有限元计算模型,经过信号处理提取出有用信号,进而计算得到传输系数。以Al/128°YXLiNbO3二维压电声子晶体为例,计算得到ΓX方向带隙范围为230MHz~245MHz和380MHz~405MHz,与能带结构的结果相对应。进一步,分析了不同单元P矩阵大小对传输系数计算结果及占用内存、消耗时间的影响,结果显示随着单元P矩阵的增大,计算结果趋于收敛,而计算占用资源线性增加。⑶探索了二维压电声子晶体在声表面波器件中的应用。将二维压电声子晶体叠加一维栅阵做谐振器反射栅将提高谐振器的性能;研究了基于线缺陷二维压电声子晶体的声波导,仿真分析了其缺陷态特性和声波能量聚集效应;提出并研究了基于二维压电声子晶体的加权声波导结构,通过对二维压电声子晶体进行合适的加权,可以实现通带选向特性。为二维压电声子晶体在声表面波器件领域的可能应用奠定了基础。⑷采用MEMS工艺制作了相应的基于二维压电声子晶体的声表面波器件,并进行了相关验证实验。实验测试分析了二维压电声子晶体的窄带透射系数和反射系数,与理论结果具有很好的一致性,验证了本文提出的基于P矩阵的声表面波传输系数计算方法的可靠性;设计了一种基于多接收换能器的电学方法测量不同区域声场分布,并测量了基于二维线缺陷压电声子晶体的声场分布特征,验证了其声波聚集效应;实验制作了加权声波导并进行相关实验,验证了加权声波导的选频选向特性。