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日本将MEMS应用于声子晶体波导研究操纵超声波振动的传播

文章来源:亚博全站APP官网登录         发布时间:2021-11-25 08:29

本文摘要:据麦姆斯咨询报导,日本电报电话公司(NTT)和日本东北大学通过用于一种被称作声子晶体的人工复合材料(声子晶体一般来说由散射体和基体构成,前者以周期产于形式映射到基体中,可以对振动波的衍射特性展开有效地操纵),需要操控超声波振动的“流动”,并证实了通过波形传输产生的信号缩放。众所周知,当敲打音叉时,它不会以其结构确认的特定频率倾听。 类似于地,如果被称作MEMS(微机电系统)的微小结构产生振动时,则不会引发人耳听得将近的高频振动,亦即超声波。

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据麦姆斯咨询报导,日本电报电话公司(NTT)和日本东北大学通过用于一种被称作声子晶体的人工复合材料(声子晶体一般来说由散射体和基体构成,前者以周期产于形式映射到基体中,可以对振动波的衍射特性展开有效地操纵),需要操控超声波振动的“流动”,并证实了通过波形传输产生的信号缩放。众所周知,当敲打音叉时,它不会以其结构确认的特定频率倾听。

类似于地,如果被称作MEMS(微机电系统)的微小结构产生振动时,则不会引发人耳听得将近的高频振动,亦即超声波。在现代移动通信系统中,诸如“表面声波滤波器(SurfaceAcousticWaveFilter)”之类的SAWMEMS器件,以及利用该现象的波动元件已普遍应用于发送到和接管的高频信号处理。

NTT的研究团队基于MEMS谐振器生产技术开发出有了一种取名为“声子晶体”的新型“人造声学晶体”,并将其用于掌控超声波振动传播的平台。通过用于这种声子晶体,超声波的扩散控制沦为有可能,这构建了现有MEMS技术难以完成的对超声波振动速度和波长的掌控。

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右图为声子晶体波导和测量示意图。底部插画显示器件横截面的SEM图像,该器件由选择性转印Al0.65Ga0.35As层做成的GaAs/AlGaAs异质结构构成,比例尺为5μm。周期性结构由上插画右图的宽度22μm波导确认,孔距8μm。

右侧边缘处利用压电效应唤起纳米结构机械振动,然后在室温和低真空(2×10-4Pa)下利用激光多普勒干涉仪在左侧边缘处展开测量。在这项研究中用于的声子晶体由传输微小振动的路径(波导)构成,就样子钹的膜沿一个方向剪切一样。通过向加装在波导末端的电极产生电压,通过压电效应局部所致超声波振动。

通过测量这种波动的传播,通过实验证实了声子晶体群速度的频率依赖性,即所谓的色散。利用这种群速度色散,有所不同频率的波以有所不同的速度在声子晶体中传播。

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另外,通过从波导末端产生频率调制来输出振动,据信首次顺利地构建了波形的拓展和传输。通过用于该技术,可以准确地掌控振动波形的传输比例以及传输的方位和时间。

此外,通过用于MEMS技术,还可以明显增大信号处理装置的尺寸并提升集成度。对芯片上超声波振动的掌控改良,对于现代通讯和传感技术来说十分最重要。

比起普遍用于的微机械谐振器,波导结构具备多种优势,例如长频率范围、低运营速度以及更加较低的能耗等。对芯片上探讨弹性波时间和方位的调整能力,将推展新技术的研发,不仅可以操控纳米材料,而且还可以通过局部有限突发事件有选择地驱动量子器件。此外,这种时域探讨技术可应用于2D声子晶体和超强材料,基于2D带上结构的各向异性特性对弹性波传播展开定向掌控,以建构新的方法来操控芯片上的弹性波。


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