聲表面波

　　沿均勻各向同性彈性固體半空間與空氣或真空接觸的表面傳播，能量集中在表面附近的彈性波。它是英國物理學傢瑞利在1885年首先從理論上給出的，又稱為瑞利波。

　　聲表面波傳播速度υ_S滿足瑞利方程：

，

其中v_t為固體中橫波的傳播速度，v₁為縱波的傳播速度（見固體中的彈性波）。

　　對於實際的固體，v_s的范圍為

因此，它比橫波的傳播速度大約慢10％。

　　聲表面波的質點振動方向是在波傳播的矢簇平面內，如果取波傳播方向x₁（的質點位移為μ，界面法線方向x₃的位移為

，則它們分別為

其中k_s為表面波的波數，k_s＝w/v_s，w為圓頻率，A為依賴於激發的待定常數，

由此可見，兩個位移分量μ、

的相位相差90°，因此質點位移的軌跡為橢圓。圖1是聲表面波傳播的示意圖。這兩個位移分量幅度隨深度的變化，其典型情況見圖2。隨著深度的加深，其幅度最終（不一定是單調的）將趨向於零；而且當深度大於幾個波長以後，波的幅度就很小瞭。所以能量集中於表面附近幾個波長范圍內。

　　上面所述是界面為平面的情況，當界面為彎曲的，如柱面或球面時，也存在表面波；對於層態的半空間，也存在表面波。不過，與平界面的均勻半空間不同，它們都是頻散的，而且是多模的。特別是在一高聲速的半無限介質基底上附加一層低聲速介質時，會存在一種特殊表面波，以它的提出者命名為樂甫(Love)波。其質點振動方向與水平極化橫波一樣，是平行於表面的。這時不同的模式對應於在層內不同的節點數。當然，隨著深度增加到無窮時，質點振幅也逐漸趨向於零。

　　在兩個半無限的固體界面上，如果兩個固體介質的參數滿足某些條件時，將存在界面波，這種波稱為斯頓萊(Stoneley)波。這種波的能量集中在界面附近，當遠離界面時，質點振幅也將趨於零。

　　對於各向異性介質如晶體的半空間，表面波也可以傳播。但由於各向異性，表面波的傳播速度因表面切向和傳播方向而異，一般來說不能用一個簡明的表達式給出，須用數值迭代法求得。其質點振動位移在通常情況下有三個方向分量，其相位之間的關系也較復雜。

　　特別值得提出的是，在各向異性並存在有壓電性的壓電介質中，也可以存在表面波，與非壓電體不同，隨著這種表面波的傳播，將伴有電場分佈的傳播，利用這個特性，在電子學領域內，作成多種的很有特色的聲表面波器件。對於磁彈介質中，也存在磁彈耦合的表面波。

　　

參考書目

　W.伊文等著，劉光鼎譯：《層狀介質中的彈性波》，科學出版社，北京，1966。(W.M.Ewing， et al.，Elastic Waves in Layered Media， McGraw-Hill， New York，1957.)

　B.A.Auld，Acoustic Fields and Waves in Solids， Vol.2， Interscience， New York，1973.