[发明专利]铁电晶体声表面波相速度的激光超声检测方法

说明书

铁电晶体声表面波相速度的激光超声检测方法，涉及功能材料的声学检测方法领域，为了解决铁电晶体声表面波传播相速度的各向异性检测困难的问题。采用激光在铁电晶体表面激发出声表面波；对铁电晶体表面传播的声表面波进行检测：激光在铁电晶体表面形成的激光点和检测时铁电晶体表面的检测点沿待测的方向分布；移动激光位置、在同一检测点处检测至少2个激光点对应的声表面波，或激光位置不变、在至少2个检测点处检测声表面波；将检测得到的至少2个声表面波信号转换成横坐标为激光点位置或检测点位置，纵坐标为采集点数的等高线图；根据等高线图计算声表面波的相速度。本发明适用于检测铁电晶体的声表面波相速度。

技术领域

本发明涉及功能材料的声学检测方法领域，具体涉及铁电晶体声表面波的检测方法。

背景技术

压电材料是一种可以将机械能和电能进行相互转化的功能性材料，在声表面波带通滤波器、延迟线和表面波卷积器等领域应用广泛。目前使用的压电材料大多是极化后的铁电体，一般具有压电性能优异和稳定性良好等特点。特别是铁电晶体材料，具有低介电损耗和机械损耗的优点，是制作声表面波声学器件的重要材料。表面波是传播在固体表面的波动形式，是纵波和横波耦合产生的，由于表面边界条件的影响，表面波的传播特性与体声波有很大区别。对各向异性的铁电晶体而言，声表面波在传播过程中的应变会引起压电效应，表面波需要满足波动-压电耦合方程，其表面波传播特性是由材料自身的弹性性能，压电性能和介电性能共同决定的，表面波传播的相速度与波的传播方向密切有关。目前常用的声表面波的激发方法是使用两个叉指换能器，一个为输入换能器，一个为输出换能器。缺点是只能在某一特定晶体方向上激发和接收声表面波信号，如果想检测不同方向上的声表面波相速度，需要重新制备叉指电极。所以，开发一种能同时精确测定铁电晶体不同传播方向上的声表面波传播速度的检测方法，对声表面波器件的性能优化设计和制作都具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决铁电晶体声表面波传播相速度的各向异性检测困难的问题，从而提供铁电晶体声表面波相速度的激光超声检测方法。

本发明所述的铁电晶体声表面波相速度的激光超声检测方法，该方法包括：

采用激光在铁电晶体表面激发出声表面波；

对铁电晶体表面传播的声表面波进行检测：

激光在铁电晶体表面形成的激光点和检测时铁电晶体表面的检测点沿待测的方向分布；移动激光位置、在同一检测点处检测至少2个激光点对应的声表面波，或激光位置不变、在至少2个检测点处检测声表面波；

将检测得到的至少2个声表面波信号转换成横坐标为激光点位置或检测点位置，纵坐标为采集点数的等高线图；

根据等高线图计算声表面波的相速度。

优选的是，根据等高线图计算声表面波相速度的方法具体为：

等高线图中声表面波的振幅随横纵坐标的变化呈现线性变化，找到线性区域，该线性区域的斜率记为a，则声表面波的相速度v为：

其中，d为相邻的激光点间隔或相邻的检测点间隔，△t为检测时采样的时间间隔。

优选的是，d的取值范围为0.05mm-0.1mm。

优选的是，△t的取值范围为2ns-5ns。

优选的是，激发声表面波之前，对铁电晶体进行晶体学定向，然后按晶体学方向进行切割，得到待测晶片，对待测晶片进行镀电极和极化处理，再对晶片表面进行抛光处理。

优选的是，采用声表面波激发系统激发声表面波，声表面波激发系统包括：纳秒脉冲激光器11、光学衰减片12、第一反射镜13、第一凸透镜14、电位移平台15和计算机16；