Акустоэлектроника

Раздел электроники, связанный с исследованием взаимодействия акустических волн с электро-магнитными полями и электронами проводимости в конденсированых средах, а также с созданием акустоэлектронных устройств, работающих на основе этих эффектов.  керамическая черепица

К Акустоэлектронике часто относят также исследование эффектов возбуждения и распространения акустических волн в конденсированых средах. Различие эффектов, используемых для создания акустоэлектронных устройств, определило условное разделение акустоэлектроники на высокочастотную (микроволновую) акустику твёрдого тела (эффекты возбуждения, распространения и приёма акустических волн высокочастотного диапазона и гиперзвуковых волн), собственно акустоэлектроника (взаимодействие акустических волн с электронами проводимости в твёрдых телах) и акустооптику (явления взаимодействия световых волн с акустическими).

Акустоэлектроника сформировалась как самостоятельный раздел электроники в 60-х годов 20 века, когда начались интенсивные исследования, связанные с открытием эффекта усиления акустических волн дрейфующими электронами проводимости в кристаллах сульфида кадмия. Бурное развитие акустоэлектроники было вызвано необходимостью создания простых, надёжных и миниатюрных устройств обработки радиосигналов для радиоэлектронной аппаратуры. С помощью устройств акустоэлектроники осуществляется преобразование сигналов во времени (задержка сигналов, изменение их длительности), по частоте и фазе (преобразование частоты и спектра, сдвиг фаз), по амплитуде (усиление, модуляция), а также более сложные функцией, преобразования (интегрирование, кодирование и декодирование, получение функции свёртки, корреляция сигналов); в ряде случаев акустоэлектронные методы преобразования сигналов являются более простыми (по сравнению, например, с электронными методами), а иногда и единственно возможными.

Возможности такого использования устройств акустоэлектроники обусловлены малой скоростью распространения акустических волн (по сравнению со скоростью распространения электро-магнитных волн) и различными видами взаимодействия этих волн с электро-магнитными полями и электронами проводимости в твёрдых телах, а также малым поглощением акустических волн в кристаллах (высокой добротностью акустических колебатательных систем).

В устройствах акустоэлектроники используются как объёмные, так и поверхностные акустические волны. Для изготовления акустоэлектронных устройств используются в основном пьезоэлектрические материалы и слоистые структуры, состоящие из слоев пьезо-электрика и полупроводников, а также сегнетоэлектрики, ПП, не обладающие пьезоэлектрическими свойствами, и другие.

В большинстве устройств акустоэлектроники осуществляется преобразование высокочастотных электрических сигналов в акустические волны (возбуждение акустических волн), которые распространяются в звуко-проводе, а затем вновь преобразуются в высокочастотный сигнал (приём акустических волн). Для возбуждения и приёма объёмных акустических волн используются в основном пьезоэлектрические преобразователи: пьезоэлектрические пластинки (на частотах до 100 МГц), пьезополупроводниковые преобразователи (диффузионные или с запирающим слоем, в диапазоне частот 50-300 МГц), плёночные преобразователи (на частотах свыше 300 МГц), а для возбуждения и приёма поверхностных акустических волн (ПАВ) - встречно-штыревые преобразователи.

Первыми устройствами акустоэлектроники были устройства на объёмных волнах: линии задержки, осуществляющие задержку сигналов в диапазоне частот до 50 МГц, и кварцевые резонаторы, предназначенные для стабилизации частоты генераторов. Позднее были созданы акустические микроскопы и интроскопы.

Наибольшее распространение получили акустоэлектронные устройства на ПАВ, что обусловлено малыми потерями на преобразование при возбуждении волн, возможностью управления распространением волн в любых точках звукопровода (на пути распространения волн), а также возможностью создания устройств с управляемыми частотными, фазовыми и другими характеристиками. К таким устройствам акустоэлектроники относятся: резонаторы на поверхностных акустических волнах, которые применяют в качестве узкополосных акустоэлектронных фильтров, а также вводят в контур генераторов для стабилизации их частоты; линии задержки (в т. ч. для длительной задержки сигналов в элементах памяти); фильтры на поверхностных акустических волнах (например полосовые, согласованные); устройства кодирования и декодирования сигналов и др.

В акустоэлектронике взаимодействие акустических волн с электронами проводимости в проводниках и полупроводниках, а также в слоистых структурах приводит к таким явлениям, как электронное усиление или поглощение акустических волн и другого. Эти эффекты лежат в основе работы различных устройств акустоэлектроники: акустоэлектронных усилителей и акустоэлектронных генераторов, устройство свёртки и корреляции сигналов, акустоэлектронных фазовращателей, а также устройств считывания, хранения и записи информации и другого.

На взаимодействии световых и акустических волн в конденсирующих средах основная работа акустооптических устройств (дефлекторов, модуляторов, фильтров и др.), использование которых позволяет управлять амплитудой, поляризацией, спектральным составом оптического излучения, а также направлением его распространения.

Copyright © 2002 - 2017 Ravnopravie.kharkov.ua. All Rights Reserved.