文档介绍：LN 声光器件换能器镀膜结构的计算
姬亚玲
北京工业大学应用数理学院 990611 班
指导教师:俞宽新

摘要本文研究 LN 反常声光器件换能器的镀膜结构,对膜材料进行选取,计算最佳镀层厚度。主要
用到玛森等效电路的原理,利用传输线的原理将各镀层与换能器晶体变为厚度驱动模式的玛森等效
电路,得到换能器损耗的频率特性曲线,确定最佳镀膜结构及各镀层厚度。
关键词 LN 晶体、反常声光效应、换能器、镀膜结构

一、引言
声光器件是由声光晶体、电-声换能器晶片、吸声装置及驱动电源等组成。要将各部分相连接
又使其工作在最佳状态,就需要对连接声光晶体和换能器晶片的镀层结构进行研究。为了能无损耗
地或较小损耗地将超声能量传到声光介质中去,换能器的声阻抗应尽可能接近于介质的声阻抗,这
样可以减小二者接触界面的反射损耗。实际上,调制器都是在二者之间加一镀层偶合介质(可以是
金属或非金属),他可以起到三个作用:一是能较小损耗地将超声能量传递到介质中去;二是能把换
能器可靠地黏结在介质上;三是能起到换能器电极的作用。要求偶合介质的声阻抗能很好的与声光
介质的换能器匹配。一般工作频率较低时用环氧树脂作为偶合粘接介质;当工作频率较高时采用金
属材料为宜;实验中多采用铟或铟锡合金,可以得到较好的耦合效果。本文研究鈮酸锂(LN)反常声
光器件的镀模结构。

二、换能器损耗的频率特征
现在我们来讨论压电换能器中的能量转换关系,这是我们最感兴趣的。即使能量尽可能多的进
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入换能器。驱动电源所提供的匹配功率为PS=E S/4R,但由于换能器的电输入阻抗ZI=a/b是随频率改变
的,一般不能达到匹配。因而一部分能量被反射回来,只有一部分能量能够进入换能器,透射功率
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Pt=V Gi= V Re(b/a)与驱动电源所提供的匹配功率的比值Pt/Ps的分贝表示为压电换能器损耗ML。
ML≡-10log(Pt/Ps) (1)
其中
s baR )*Re(4
Pt/Ps= = 2 (2)
+ sbRa
≡ 0m + , 0m +≡ DCZbBAZa (3)
式中Z0m为声光晶体的声阻抗,A、B、C、D为换能器传递矩阵的元素,Rs为驱动电源内阻,一般为 50
Ω。
换能器损耗TL表示在驱动电源所提供的匹配功率Ps中有多少可转换成互作用介质中的超声功率Pm,因
此TL的频率特性即TL-F曲线最充分的反映了声光器件中压电换能器的频率特性,特别是TL变化 3dB
的频率范围称为 3dB换能器带宽,他是换能器设计中的必须考虑到的重要指标,可以全面的解决声
光器件的换能器带宽的问题。由此,我们可根据具体情况确定TL-F的关系,画出关系图,选取最佳
的镀膜结构。

三、LN 声光器件换能器镀膜结构的计算
此器件采用纵波超声。为使换能器与声电光介质相互粘合,我们必须在两器件上镀金属膜(即
电极层)以达到键合的目的。这样,我们在选择与晶体粘合的金属镀层时,就要选择与晶体可以紧
密结合在一起的金属。同时,这层镀膜也有着电极的作用,所以,导电性也成为选择的这两层镀膜
的一个必要条件。通过去寻找符合这样特性的金属,我们发现银(Ag)是符合条件的,银不但可以
的使晶体金属化,而且具