利用在壓電介質中傳播的聲表面波，對電信號進行類比信號處理的器件。聲表面波在1885年被發現以後，在超聲學領域中，對表面缺陷的檢測和延遲線的製作等方面，已獲得一定程度的應用。但由於產生表面波比較複雜等原因，應用上受到一定限制，1965年，在壓電介質表面上，用所謂叉指換能器有效地產生瞭聲表面波。從此迅速地在電子學領域中獲得廣泛應用，構成一類所謂聲表面波器件。

　　在壓電介質（見壓電性）中存在的表面波，有時稱之為廣義瑞利波。與非壓壓電介質不同，這時隨著彈性表面波的傳播，還伴有電場分佈的傳播，即除機械彈性能量之外，電場能量也以表面波速度傳播。它也同樣集中於表面附近區域，並隨深度增加最終趨向於零。此外，在界面另一邊的真空中，也有電場傳播，並將隨到表面距離的增加而逐步減小。圖1和圖2，分別是用光學法和電探針方法，在y切割z傳播的鈮酸鋰壓電晶體表面所觀測到的聲表面波傳播情況。

表1　用光學法觀測到壓電晶體表面的聲表面波傳播

　　在壓電介質中，由於存在壓電耦合，因此表面波的激發和接收，除力學方法外，也可通過壓電耦合，用電學方法實現。叉指換能器能有效地激發和接收表面波，因而被廣泛采用，一般它有兩組相互交叉的電極，每組電極分別用一匯流條引出，作為發射的換能器就接到信號源，作為接收的換能器就接到負載上。叉指換能器和其他表面波器件的結構，通常是采用半導體平面工藝來實現的，如叉指電極就是用蒸發鍍膜的方法，將鋁或金沉淀在拋光的壓電介質基片上，再用光刻方法刻出。一般的聲表面波器件的結構如圖3所示，在一個壓電基片（最常用的有石英、鈮酸鋰、鍺酸鉍和壓電陶瓷）拋光的一面上，一個作發射的叉指換能器，將電信號變成聲信號（聲表面波），經過一段在壓電介質中的傳播，到達接收換能器，聲信號再轉換成電信號輸出。信號在兩個叉指換能器上和傳播途徑中受到處理。

　　由於聲表面波的速度比電磁波的速度約小 5個數量級，因而同電磁波器件相比，聲表面波器件的體積和重量要小得多，比如約1000米的電纜所構成的電延遲線，隻需用1厘米壓電晶體代替；與體聲波器件相比，由於聲表面波是在表面傳播的，所以對信號的提取和處理加工都比較方便和簡單；最後，由於此類器件是使用壓電晶體作傳播介質，與一般非壓電的固體介質不同，它的激發、傳播和接收是在同一塊基底介質上完成的，因此結構就大為簡單。由於材料和工藝等因素，聲表面波器件的適用頻率范圍在10%～109Hz。

　　聲表面波器件（見彩圖）有多種多樣，主要的有以下幾種。

聲表面波溝槽反射柵脈沖壓縮濾波器

聲表面波溝槽反射柵脈沖壓縮濾波器細部

　　①延遲線。是一個發射和一個接收的叉指換能器，中間距離為L，這就構成一個延遲線，其延遲時間為L/vs，vs是聲表面波傳播速度。聲表面波延遲線的時延可以達到100μs 以上。如果接收換能器是由一系列到發射換能器不同距離的叉指換能器組所組成，則可以構成抽頭延遲線，用它可以構成編碼器件。如果將延遲線的接收換能器和發射換能器之間用一放大器連接起來，放大器用於補償延遲線的插入損失，當整個回路（包括延遲線和放大器）的相位差在某頻率上為2π的整數倍時，就可以在該頻率上產生振蕩，這就構成延遲線振蕩器，其頻率可以達到吉赫(109Hz)級。

　　②帶通濾波器。叉指換能器的每一對指均可認為是一個聲激發源，每一對叉指可以通過像改變指長的方法實現幅度加權，不同的指對相對於某一固定點（如接收叉指換能器所在處）具有不同的時延，因而叉指換能器實際上就構成一個橫向濾波器，它原則上可以構成具有任意通帶形狀的帶通濾波器。目前應用上最為普及的是電視中頻濾波器。用聲表面波帶通濾波器組合起來可以構成濾波器組。

　　③脈沖壓縮濾波器。又稱色散延遲線。如果一叉指換能器，其每對指的寬度隨不同位置按一定規律(通常是按線性）變化；就可以將一個δ脈沖展寬為按此規律變化的調頻寬脈沖。如果此信號經過目標反射回來後，再被一個與發射換能器斜率相反的脈沖壓縮濾波器接收時，信號將被壓縮成窄脈沖，這樣就解決信號探測的距離與分辨率的矛盾，圖4所示就是被一對共軛的脈沖壓縮濾波器展寬和重新壓縮的脈沖信號。

圖4　用聲表面波脈沖壓縮濾波器所得到的展寬和壓縮脈沖

　　④諧振器。叉指換能器在其兩邊各放置一組由不連續周期結構(如表面溝槽或金屬條帶)的反射柵陣，用分步反饋原理，使聲表面波在反射柵陣的同步頻率處接近全部反射，由這樣一組反射柵陣可形成一個諧振腔，收發叉指換能器置於腔內，於是構成瞭聲表面波諧振器。與體波晶體諧振器相比，其基頻高（可達到吉赫級），並可抗振動。

　　⑤卷積器。由於聲表面波的能量集中於表面幾個波長范圍內，因此能流密度可以很大，容易產生非線性效應，利用聲表面波的非線性效應，兩個聲信號分別由兩個相距一定距離的叉指換能器所產生。在此距離上（通常比聲波波長大得多）這兩個信號進行相乘並積分，提取出卷積信號，從而實現兩個信號的卷積處理。

　　利用聲表面波與物質相互作用，也可構成另一些聲表面波器件，如利用聲與半導體載流子相互作用，構成的聲電卷積器；利用聲光相互作用構成的集成光學頻譜分析器等，有些已經應用，有些有較好的應用前景。

　　以聲表面波器件為核心，也可以構成信號處理的所謂聲表面波系統，如聲表面波傅裡葉變換器。

　　聲表面波器件，目前已應用於雷達、通信、電視等電子技術領域。

　　

參考書目

　A. A. Oliner， ed.， Acoustic Surface Waves， Springer-Verlag， Berlin，1978.