The V-Groove lens

Abstract

ÖZET V-OLUKLU MERCEK Ayhan Bozkurt Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Yüksek Lisans Tez Yöneticileri: Prof. Dr. Abdullah Atalar ve Prof. Dr. Hayrettin Köymen Eylül 1994 Öncelikle malzeme görüntülenmesi amacıyla tasarlanmış olan akustik mikroskop, nicel gözlemler yapılmasında da kullanılmaktadır. Malzeme yüzeyinden yansıyan değişik dalga bileşenlerinin girişim yapması, malzeme ile mercek arasındaki uzaklıklığa bağlı bir mercek yanıtını, ya da bilinen adıyla V(z) eğrilerini üretmektedir. Bu girişim deseninden malzemenin sızıntılı yüzey dalgası hızları belirlenebilmektedir. Ölçümün hassaslığı, sızıntılı dalga bileşenlerinin V(z) eğrisine katkısıyla değişmektedir. Bu nedenle, bu dalga bileşenlerini etkili olarak uyarabilecek mercek biçimlerine gereksinim vardır. İzotropik olmayan kristal yapılı malzemelerin nicelenmesinde de kullanılacak bir merceğin, bunun dışında, sadece belli bir yöndeki dalga bileşenlerine güç aktarabilmesi gerekmektedir. Önerilen V-01uklu mercek, Çizgi Odaklı Mercek'in yön duyarlığı ile Lamb Dalgası Merceği'nin verimliliğini birleştirmektedir. Bu geometri ile izotropik olmayan malzemelerin yöne bağlı sızıntılı yüzey dalgası hızları hassas olarak ölçülebilmektedir. Modele dayalı yeni bir yöntem, özütlenen dalga hızlarının kesinliğini iyileştirmektedir. Bu çalışmada, V-Oluklu merceğin kuramsal çözümlemesi yapılmıştır. Mercek yanıtını matematiksel olarak açıklayan bir model geliştirilmiştir. Merceğin performansı benzeşimlerle sınanmıştır. Modelin ürettiği eğrinin Nelder- Mealde arama yöntemi kullanılarak gerçek mercek yanıtına uydurulmasına dayalı yeni bir sızıntılı dalga hızı özütleme yöntemi önerilmiştir. Üretilen örnek mer cekle benzeşim sonuçları deneysel olarak doğrulanmıştır. Mercekle yapılan ölçümlerin doğruluğu, diğer bazı mercek geometrilerininkiyle karşılaştırılmıştır. Anahtar Kelimeler : Akustik mikroskop, V-01uklu mercek, Çizgi Odaklı Mercek, Lamb Dalgası Merceği, sızıntılı yüzey dalgası, V(z) eğrisi. iv

ABSTRACT THE V-GROOVE LENS Ayhan Bozkurt M.S. in Electrical and Electronics Engineering Supervisors: Dr. Abdullah Atalar and Dr. Hayrettin Köymen September 1994 Primarily designed for imaging purposes, the acoustic microscope finds ap plication in the qualitative evaluation of materials, too. The lens response as a function of defocus, which is known as the V(z) curve, is formed by the inter ference of various wave components reflected from the material surface. Leaky wave velocities of the material can be extracted from this interference pat tern. The accuracy of the measurement is heavily influenced by the leaky wave contribution to the V(z) curve. Hence, lens geometries capable of efficiently exciting leaky wave modes need to be designed. If a particular geometry is to be used for measurements on materials exhibiting crystalographic anisotropics, it must be able to couple to modes only in a single direction, as well. The pro posed V-Groove lens, combines the directional sensitivity of the Line Focus Beam lens and the efficiency of the Lamb Wave lens. The geometry is able to accurately measure the direction dependent leaky wave velocities of anisotropic materials. A new model based approach improves the accuarcy of the extracted velocities. In this study, the V-Groove lens has been analyzed theoretically. A math ematical model describing the lens response has been developed. The perfor mance of the V-Groove lens has been tested by simulations. A new leaky wave velocity extraction algorithm based on fitting the model curve to actual curves using Nelder-Meade search has been proposed. A prototype lens has been manufactured and performance figures have been verified experimentally. The accuracy of the lens has been compared with those of other various geometries. Keywords : Acoustic microscopy, V-Groove lens, Line Focus Beam (LFB) Lens, Lamb Wave Lens, leaky waves, V(z) curves. in