1. Техническое описание
Всякое акустоэлектронное устройство состоит из простейших элементов -
электроакустических преобразователей и звукопроводов. Кроме того,
применяются отражатели, резонаторы, многополосковые электродные структуры,
акустические волноводы, концентраторы энергии и фокусирующие устройства, а
также активные, нелинейные и управляющие элементы. Для возбуждения и приема
объемных волн в акустоэлектронике используются пьезоэлектрические
преобразователи: пьезоэлектрические пластинки (на частотах до 100 МГц),
пьезополупроводниковые преобразователи с запирающим или диффузионным слоем
(в диапазоне частот 50-300 МГц), пленочные преобразователи (на частотах
выше 100 МГц). Гиперзвуковые волны часто возбуждаются с поверхности
пьезоэлектрического звукопровода, торец которого для этих целей помещают в
зазор СВЧ-резонатора или замедляющую СВЧ-систему. Для возбуждения и приема
ПАВ используются главным образом встречно-штыревые преобразователи,
представляющие собой периодическую структуру металлических электродов,
нанесенных на пьезоэлектрический кристалл. На основе перечисленных
элементов создаются различные акустоэлектронные устройства. К линейным
пассивным акустоэлектронным устройствам относят устройства частотной
фильтрации (фильтры), акустические линии задержки, согласованные
(оптимальные) фильтры, или дисперсионные линии задержки, кодирующие и
декодирующие устройства. Наибольшее распространение получили акустические
фильтры (пьезоэлектрические, электромеханические, фильтры на объемных
волнах и ПАВ). Опи применяются в различных системах связи от радиовещания и
телевидения до космической связи и радиолокации для выделения полезного
сигнала на фоне помех, для интегрирования (накапливания) сигнала с
определенными характеристиками, для изменения частотного спектра сигнала.
Акустические линии задержки изготавливаются на времена задержки от
нескольких нс до десятков мс с рабочими частотами от нескольких МГц до
нескольких ГГц. Дисперсионные линии задержки, в которых время задержки
зависит от частоты, применяются в качестве оптимальных фильтров для
обработки линейно частотно-модулированных сигналов. Включение активных
элементов в акустические линии задержки позволяет усиливать акустические
сигналы и превращает их в активные устройства. Усиление УЗ-сигнала может
осуществляться сверхзвуковым дрейфом носителей. Режим усиления при
определенных условиях может быть переведен в режим генерации УЗ-волны. Этот
эффект используется для создания акустоэлектронных генераторов
монохроматических сигналов и сигналов со сложным спектром.
Акустоэлектронное взаимодействие (АЭВ) - взаимодействие акустических волн с
электронами проводимости в полупроводниках и металлах. Смещение атомов
решетки, вызванное УЗ-волной, приводит к изменению внутрикристаллических
полей, что сказывается на распределении и характере движения электронов
проводимости. В свою очередь перераспределение электронов и их направленное
движение изменяют картину деформаций, а следовательно, и характер
распространения акустической волны в кристалле.
При АЭВ происходит обмен энергией и импульсом между УЗ-волной и электронами
проводимости. Передача энергии от волны к электронам приводит к
дополнительному электронному поглощению УЗ, а передача импульса - к
акустоэлектрическому эффекту. Когда в проводнике имеет место направленное
движение электронов со сверхзвуковой скоростью, они отдают часть энергии
своего направленного движения волне, в результате чего возникает усиление
УЗ. Кроме того, вследствие АЭВ в проводниках возникает ряд специфических
механизмов нелинейности акустических волн, обусловливающих разнообразные
нелинейные эффекты.
AЭВ представляет собой взаимодействие электронов с колебаниями
длинноволновой части акустического спектра (h(