Нелинейные поверхностные акустические волны в твердых телах

• Автор: Ломоносов, Алексей Михайлович
• Шифр специальности: 01.00.00
• Научная степень: Кандидатская
• Место защиты: Б.м.
• Количество страниц: 110 с. : ил.

61 >04-1/^8

Нелинейные Поверхностные Акустические Волны в Твердых Телах

Рецензенты:

Проф. Др. Р. Неэз Проф. Др. Б. НипкПгщег

Краткий реферат

Разработана новая методика лазерного возбуждения поверхностных

акустических волн большой амплитуды. Эта методика была применена для исследования распространения импульсов ПАВ конечной амплитуды в различных средах: в изотропном плавленом кварце, в кристаллическом кремнии,' и в средах с дисперсией. В кремнии исследованы все направления

чистых мод на трех поверхностях: (001), (Oil), and (111), для которых

приведены оценки значения параметра нелинейности. Генерация и

распространение солитонных импульсов ПАВ наблюдалось для случаев нормальной и аномальной дисперсии в плавленом кварце и нормальной дисперсии на поверхности (111) кремния. Исследован эффект разрушения материалов под воздействием нелинейных ПАВ как в изотропных средах, так и в кристаллах.

Zuzammenfassung

Hs wurde eine neue Methode zur Laser-Anregung hochintensiver akustischer Oberflächenwellen (SAWs) entwickelt. Dieses Verfahren wurde auf die Untersuchung der Ausbreitung akustischer Oberflächenpulse mit endlicher Amplitude in verschiedenen Medien angewendet: in isotropem Quarz, in kristallinem Silizium und in dispersiven Medien. Alle Ausbreitungsrichtungen für reine Moden in den drei Kristallschnitten von Silizium (001), (011) und (111) wurden untersucht, und die Nichtlinearitätsparameter für diese Ausbreitungsrichtungen experimentell bestimmt. Die Anregung und Ausbreitung solitärer akustischer Oberflächenpulse wurde für die Fälle normaler und anomaler Dispersion in isotropem Quarz, sowie für normale Dispersion in einem (111 )-Schnitt von Silizium untersucht. Der Effekt der Rißentstehung auf Grund von Schockbildung durch nichtlineare Oberflächen wellen wurde sowohl für isotrope als auch für anisotrope Medien studiert.
Глава 1 Лазерное возбуждение и регистрация ПАВ
• Импульсная лазерная генерация широкополосных ПАВ
• Термоупругий режим
• Абляционные источники
• Новый метод возбуждения ПАВ
• Лазерное детектирование ПАВ
• Метод отклонения зондирующего луча (ОЗЛ)
Глава 2 Решение линейной задачи для ПАВ
Глава 3 Эволюционное уравнение для нелинейных ПАВ
Глава 4 Нелинейные ПАВ в изотропных средах
Глава 5 Нелинейные ПАВ в кристаллическом кремнии
• Исследование (111) поверхности кремния
<1 12> и эквивалентные направления
Преобразование линейных собственных значений
<011> и эквивалентные направления
• Исследование (001) поверхности кремния
• Исследование (011) поверхности кремния
Глава 6 Солитонное распространение ПАВ
Глава 7 ПАВ-индуцированное разрушение
• Трещины на поверхности (111) кремния
• Трещины в изотропном плавленом кварце
Список литературы
Заключение
В зависимости от величины параметра а, частотная полоса зарегистрированного сигнала может ограничиваться сверху либо затуханием волны, либо частотной отсечкой детектора. Например, в плавленом кварце заметно снижение в спектре начиная с частот выше 250 MHz, тогда как в кристаллическом кремнии ограничение спектра происходит только на 500 MHz из-за конечного размера пятна. Проанализировав результаты, представленные на рис. 4.3 можно заключить что параметр затухания в плавленом кварце в действительности больше, чем параметр, искуственно введенный для стабилизации вычислений: а > 10’ cm’1 на
фундаментальной частоте 6.25 MHz.
Рассмотрим теперь импульсы продольной деформации ыц, представленные на рис.
4.1 с) и d). Нелинейная эволюция приводит к формированию пилообразных импульсов, типичных для продольных акустических волн в жидкостях и газах. Важной чертой, отличающей эволюцию ПАВ, является образование острых пиков на ударных фронтах. Эти пики, хорошо наблюдаемые экспериментально, воспроизводятся также и при численных расчетах по описанной выше модели.
Формирование подобных пиков в ии сигнале связано с эффектом нелинейной нелокальное [37], который отсутствует в нелинейных волнах в жидкостях или газах, где нелинейность среды приводит к формированию пилообразных волн без пиков [38]. В терминах уравнений (3.11) нелокальность выражается во-первых зависимостью ядра F от отношения частот взаимодействующих гармоник, и во-вторых множителем (п/п) во втором члене в правой части (3.11). Этот член описывает преобразование частот вниз, или рост п-ой гармоники в результате нелинейного взаимодействия п' -ой and (и-и)-ой гармоник. Множитель (п/п') подавляет преобразование частот вниз для области высших частот, поэтому процессы преобразования частот вверх становятся преобладающими в этой области. Во временном представлении это проявляется как формирование очень коротких иц пиков. Это, в свою очередь, приводит к росту напряжений в окрестности ударного фронта, и может привести к разрушению материала. Эффект разрушения, вызванный нелинейной ПАВ, рассмотрен в Главе 7.