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声光器件由于其独有的特点:如体小量轻、驱动功率小、衍射效率高、易于与计算机兼容和自动化控制等,因此在激光技术、光信号处理、集成光学和光通信技术等方面有着重要的应用。铌酸锂晶体具有压电系数大、机械品质因数高、机电耦合系数大等优点,是优良的压电材料,是制作声体波器件电声换能器和声表面波器件衬底的重要材料。随着集成光学和声表面波技术的进一步发展,对各种器件的需求量越来越大,使对铌酸锂晶体的研究非常活跃。
本文对铌酸锂晶体的声学性质进行了深入系统的研究。首先介绍了铌酸锂晶体的物理性质,利用铌酸锂晶体的对称性和坐标变换法推导出了描述铌酸锂晶体力学性质的劲度系数矩阵、描述铌酸锂晶体电学性质的介电系数矩阵和描述铌酸锂晶体压电性质的压电系数矩阵。其次讨论了铌酸锂晶体的体波声学性质,利用本征体波声学基本方程计算并绘制出了铌酸锂在三个坐标平面内的非压电修正体波倒速度曲线与压电修正体波倒速度曲线,利用压电增劲体波声学基本方程计算铌酸锂在三个坐标平面内的体波机电耦合系数,并确定铌酸锂晶体作为体波声光器件换能器的最佳切割方向。最后讨论了铌酸锂晶体的表面波声学性质,利用本征表面波声学基本方程和本征表面波力学边界条件方程计算并绘制出了铌酸锂在三个坐标平面内的非压电修正表面波倒速度曲线与压电修正表面波倒速度曲线,利用压电增劲表面波声学基本方程、压电增劲表面波力学边界条件方程、压电增劲表面波电学边界条件方程计算出退耦坐标平面的表面波机电耦合系数,并确定铌酸锂晶体作为表面波声光器件衬底的最佳切割方向。
本文研究结果可为晶体理论研究提供重要的指导作用和科学依据,在体波和表面波声光器件的设计制作中具有实际应用价值。