关于声表面波介绍

[拼音]：shengbiaomianbo

[外文]：surface acoustic wave

沿均匀各向同性d性固体半空间与空气或真空接触的表面传播，能量集中在表面附近的d性波。它是英国物理学家瑞利在1885年首先从理论上给出的，又称为瑞利波。

声表面波传播速度υS满足瑞利方程：

，

其中vt为固体中横波的传播速度，v1为纵波的传播速度（见固体中的d性波）。

对于实际的固体，vs的范围为

因此，它比横波的传播速度大约慢10％。

声表面波的质点振动方向是在波传播的矢簇平面内，如果取波传播方向x1（的质点位移为μ，界面法线方向x3的位移为，则它们分别为

其中ks为表面波的波数，ks＝w/vs，w为圆频率，A为依赖于激发的待定常数，

由此可见，两个位移分量μ、的相位相差90°，因此质点位移的轨迹为椭圆。图1是声表面波传播的示意图。这两个位移分量幅度随深度的变化，其典型情况见图2。随着深度的加深，其幅度最终（不一定是单调的）将趋向于零；而且当深度大于几个波长以后，波的幅度就很小了。所以能量集中于表面附近几个波长范围内。

上面所述是界面为平面的情况，当界面为弯曲的，如柱面或球面时，也存在表面波；对于层态的半空间，也存在表面波。不过，与平界面的均匀半空间不同，它们都是频散的，而且是多模的。特别是在一高声速的半无限介质基底上附加一层低声速介质时，会存在一种特殊表面波，以它的提出者命名为乐甫(Love)波。其质点振动方向与水平极化横波一样，是平行于表面的。这时不同的模式对应于在层内不同的节点数。当然，随着深度增加到无穷时，质点振幅也逐渐趋向于零。

在两个半无限的固体界面上，如果两个固体介质的参数满足某些条件时，将存在界面波，这种波称为斯顿莱(Stoneley)波。这种波的能量集中在界面附近，当远离界面时，质点振幅也将趋于零。

对于各向异性介质如晶体的半空间，表面波也可以传播。但由于各向异性，表面波的传播速度因表面切向和传播方向而异，一般来说不能用一个简明的表达式给出，须用数值迭代法求得。其质点振动位移在通常情况下有三个方向分量，其相位之间的关系也较复杂。

特别值得提出的是，在各向异性并存在有压电性的压电介质中，也可以存在表面波，与非压电体不同，随着这种表面波的传播，将伴有电场分布的传播，利用这个特性，在电子学领域内，作成多种的很有特色的声表面波器件。对于磁d介质中，也存在磁d耦合的表面波。

参考书目

1. W.伊文等著，刘光鼎译：《层状介质中的d性波》，科学出版社，北京，1966。(W.M.Ewing， et al.，Elastic Waves in Layered Media， McGraw-Hill， New York，1957.)
2. B.A.Auld，Acoustic Fields and Waves in Solids， Vol.2， Interscience， New York，1973.