基于压电效应的铌酸锂晶体声表面波性能研究

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声表面波技术是20世纪60年代发展起来的一门新兴技术,它是声学和电子学相结合的产物。铌酸锂晶体是集电光、声光、压电、非线性、光折变及激光激活等效应于一身的人工晶体,加之实施掺杂后能呈现各种各样的特殊性能。是至今人们所发现的光子学性能最多、综合指标最好的晶体。因此其在现代声光技术的发展中都占有重要的地位。本文是基于压电效应对铌酸锂晶体声表面波进行了系统的讨论和研究。   首先,本文对铌酸锂晶体的晶胞结构和对称要素进行介绍;解释并且推导铌酸锂晶体的劲度系数、顺度系数、介电系数、介电不渗透系数的矩阵形式。讨论压电效应和反压电效应;推导铌酸锂晶体的压电系数的矩阵形式,提出压电修正劲度系数的概念并计算铌酸锂晶体的压电修正劲度系数。   其次,本文从铌酸锂晶体的物理性质入手,建立本征声表面波基本方程和力学边界条件方程。分别使用非压电修正劲度系数和压电修正劲度系数采用迭代法求解上述方程,系统计算铌酸锂晶体在三个坐标平面内的本征声表面波速度,并绘制相应的本征倒速度曲线,将两种计算结果进行比较分析。   最后,本文讨论了铌酸锂晶体作为声表面波器件基底的应用。从铌酸锂的物理性质和压电性质入手,建立压电增劲声表面波的基本方程和力学、电学边界条件方程。在铌酸锂晶体的声表面波退耦平面内,使用非压电修正劲度系数对上述方程进行求解,并计算该平面内的机电耦合系数,最终确定晶体的最佳切割方向。   本文研究结果将为铌酸锂表面波器件的实际生产制造提供重要的理论指导,并且可以作为铌酸锂晶体声表面波理论研究方面的科学依据。
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