Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 20, Numéro 6, juin 1985
Page(s) 305 - 310
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:01985002006030500
Rev. Phys. Appl. (Paris) 20, 305-310 (1985)
DOI: 10.1051/rphysap:01985002006030500

Excitation of acoustic beams in layered substrates

G.W. Farnell1 et C.K. Jen2

1  Department of Electrical Engineering, McGill University, Montreal, Canada
2  Industrial Materials Research Institute, NRC, Boucherville, Quebec, Canada


Abstract
A mechanism for the launching of acoustic bulk waves in narrow beams into a solid is discussed. The excitation is at the free surface or on the interface of a layered half-space for which the material of the layer has higher characteristic velocities than those of the substrate material. For a range of layer thickness greater than that corresponding to the cut-off value for the Rayleigh-like mode of this fast-on-slow geometry, there is a form of coupled mode which radiates down into the substrate in a narrow range of zenith angle. The properties of this beam are studied for two cases, one in which the Rayleigh velocity of the layer material exceeds the transverse velocity of the substrate but not its longitudinal, here only a shear wave is radiated into the substrate. In the second case the Rayleigh velocity of the layer material exceeds the longitudinal velocity of the substrate so that both shear and compressional waves are radiated. For typical layer thickness the beams radiated are but a few degrees in width.


Résumé
On discute dans l'article un mécanisme d'excitation d'ondes acoustiques de volume en faisceaux étroits. L'excitation est produite sur la surface libre ou à l'interface du demi-espace entre la couche et substrat; le matériau dont est constitué la couche a des vitesses caractéristiques plus élevées que celles du substrat. Dans le domaine des épaisseurs de couche supérieures à celles correspondant à la valeur de coupure du mode pseudo-Rayleigh de cette géométrie « rapide sur lent », il existe des modes couplés qui rayonnent dans le substrat pour un domaine étroit d'angle de zénith. Les propriétés de ce faisceau sont étudiées dans deux cas : l'un pour lequel la vitesse de Rayleigh du matériau de la couche est supérieure à la vitesse transversale du substrat mais inférieure à la vitesse longitudinale, dans ce cas seule une onde de cisaillement est rayonnée dans le substrat, dans le second cas la vitesse de Rayleigh du matériau de la couche est supérieure à la vitesse longitudinale du substrat en sorte que, à la fois des ondes de cisaillement et des ondes de compression sont rayonnées. Pour des épaisseurs de couche typiques, les faisceaux rayonnés n'ont que quelques degrés de largeur.

PACS
4335 - Ultrasonics, quantum acoustics, and physical effects of sound.
6825 - Mechanical and acoustical properties of solid surfaces and interfaces.

Key words
acoustic wave propagation -- Rayleigh waves -- surface acoustic waves -- acoustic beams -- layered substrates -- acoustic bulk waves -- excitation -- free surface -- interface -- layered half space -- cut off value -- Rayleigh like mode -- fast on slow geometry -- shear wave