Brillouin散乱法による同軸共振器と圧電薄膜を用いた励起フォノンの観測

摘要

Brillouin scattering is a nondestructive technique to measure sound velocity propagated in transparent material, using a focused laser beam. This technique enables the evaluation of longitudinal and shear wave velocities in the microscopic region at hypersonic frequencies. However, the measurement accuracy of wave velocities is lower than those of other methods, such as ultrasonic pulse techniques. The accuracy strongly depends on the measurement condition and transparency of the sample, because Brillouin scattering from the thermal phonons is usually weak. In this study, we have tried to overcome this problem making use of the induced longitudinal and shear acoustic phonons excited by ZnO piezoelectric film transducer. To simplify the measurement system, we here report on the use of a coaxial microwave resonator to excite the acoustic phonons without using electrodes. This method enables noncontact generation of electric field in the piezoelectric film.%Brillouin散乱法は透明媒質中に伝搬する音波を非破壊で測定できる技術であり，微小領域の媒質中を伝搬するGHz帯の縦波および横波音速を評価できる.しかし，音速測定精度は超音波パルス法などの他の手法と比べて低く，測定条件や測定試料の透明度に依存する.これらは，媒質中の熱フォノンによるBrillouin散乱が微弱であることに起因する.以上の問題を改善するために，本研究ではZnO圧電薄膜を用いて媒質中に縦波・横波フォノンを励起し，散乱強度の改善を試みた.特に，測定系を簡便にするため，同軸共振器の微小開放端から漏洩するエバネッセント波を利用することで，ZnO薄膜に電極膜を作製することなく音波を励振した.結果としてBrillouin散乱法の散乱強度が改善され，測定精度の向上と測定時間の短縮に成功した.