[實用新型]一種測試二維聲子晶體帶隙的裝置

無效

• 申請號: 201020046997.1
• 申請日: 2010-01-21
• 公開（公告）號: CN201589768U
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 何存富;趙寰宇;吳斌;魏瑞菊
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N29/46
• 分類號: G01N29/46
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本實用新型是一種測試二維聲子晶體方向帶隙的裝置，屬于凝聚態物理領域。

背景技術

近年來，人們對經典波(包括電磁波和彈性波)在人工周期帶隙材料傳播特性的研究產生了濃厚的興趣。當彈性波或聲波在其中傳播時，受到周期結構約束形成Bloch波，Bloch波的最大特征是在一定頻率范圍內能量不能傳播或透過(稱此頻段為帶隙或禁帶)，我們稱這類周期結構為聲子晶體。聲子晶體是由兩種或兩種以上彈性介質按不同晶格周期排列復合的聲帶隙功能材料。利用其帶隙性質，可設計出全新隔振、降噪材料；利用其缺陷態性質，還能夠設計出濾波器、耦合器、分離器等，所以聲子晶體在工程領域有著廣泛的應用前景。

對二維固/液聲子晶體帶隙研究需要實驗測試，以便驗證理論計算結果。目前，聲子晶體樣品研制通常在鋼板或鋁板上機械鉆孔來固定散射體，然后把它們放置于水中組成復合介質。但是，在金屬板上加工精密的孔容易引起它的變形，以致影響聲子晶體的周期性。

實用新型內容

本實用新型的目的是為了解決二維固/液聲子晶體帶隙性質的實驗測試，設計一種容易測試帶隙的裝置。這種裝置能夠簡單、方便的測試聲帶隙，還能夠測得聲子晶體缺陷態性質。

為了實現上述目的，本實用新型提供了一種測試二維聲子晶體方向帶隙的裝置，其特征在于：包括聲子晶體樣品、包括激勵探頭和接收探頭的浸式直探頭、脈沖發生/接收儀、示波器，所述的聲子晶體樣品由按晶格排列相互平行的金屬柱以及水箱中的水組成，上述按晶格排列相互平行的金屬柱放置在由激光技術在亞克力板上加工的孔中來固定；浸式直探頭的激勵探頭和接收探頭中心固定在一條直線上；激勵探頭和接收探頭對稱放入水箱中，通過導線連接脈沖發生/接收儀，脈沖發生/接收儀通過導線連接示波器。

聲子晶體樣品是由相互平行的金屬柱按晶格排列組成。由于亞克力板具有韌性強、機械加工性好的等特點，在它的上面采用激光加工高精度的孔，這樣可保證聲子晶體的嚴格的周期性。

基于超聲浸水透射技術，利用本實用新型二維聲子晶體帶隙的測試裝置，實驗沿著聲子晶體第一簡約布里淵區的Γ-M和Γ-K方向測得帶隙，帶隙頻率疊加部分為完全帶隙。以二蜂窩晶格二維鋼/水聲子晶體為例，它們的實驗結果和理論計算能夠很好的吻合，由此可說明研制的二維聲子晶體帶隙的測試裝置性能好、制作簡單，實用性強。

附圖說明

圖1(a)二維蜂窩晶格聲子晶體截面圖和波沿第一簡約布里淵區Γ-M和Γ-K方向傳播；圖1(b)蜂窩晶格第一布里淵區。

圖2蜂窩晶格亞克力板圖。

圖3(a)是沿Γ-M方向測試聲子晶體的帶隙，圖3(b)是沿Γ-K方向測試聲子晶體的帶隙。

圖中：1.水箱，2.金屬柱，3.激勵探頭，4.接收探頭，5.水，6.脈沖發生/接收儀，7.示波器。

圖4(a)為二維蜂窩晶格鋼/水聲子晶體的能帶結構，圖4(b)和4(c)分別為二維蜂窩晶格鋼/水聲子晶體的Γ-M和Γ-K方向的透射頻譜。

具體實施方式

參見圖3，采用激光技術，在亞克力板上鉆蜂窩排列的孔(參見圖2)，并且把金屬柱2嵌入孔中構成樣品，然后放置該樣品在水箱中組成二維鋼/水聲子晶體樣品。實驗時，首先將激勵探頭3、接收探頭4置于水箱1中，并且使兩個探頭的中心在一條直線上，在進行測試系統校準；其次，把聲子晶體放置在個探頭之間；脈沖發生/接收儀6產生的窄脈沖，加載到激勵探頭產生縱波，縱波分別沿著第一簡約布里淵區的Γ-M和Γ-K方向垂直入射到聲子晶體中，使用示波器7記錄并顯示接收探頭獲得的響應信號，再對響應信號進行快速傅立葉變換可得兩個方向的透射頻譜，所得透射頻譜的頻率重合范圍就是完全帶隙。圖(a)是沿Γ-M方向測試聲子晶體的帶隙，圖(b)是沿Γ-K方向測試聲子晶體的帶隙。

參見圖4，圖(a)為二維蜂窩晶格鋼/水聲子晶體的能帶結構，圖(b)和(c)分別為Γ-M和Γ-K方向的透射頻譜，圖中虛線的寬度是實驗測得帶隙范圍。聲子晶體計算參數：鋼柱為1.5mm，相鄰鋼柱中心距離為2.0mm，填充率為34％。理論計算聲子晶體第一完全禁帶的范圍為205～277kHz，實驗測的試完全禁帶是210～285kHz。