[發明專利]一種調節聲子晶體分束效率的方法

在審

• 申請號: 201410678281.6
• 申請日: 2014-11-24
• 公開（公告）號: CN104485098A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 吳福根;李靜;張欣;姚源衛
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G10K11/26
• 分類號: G10K11/26
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及一種調節聲子晶體分束效率的方法。

背景技術

聲子晶體是一種新發展起來的人工周期結構，受到科研工作者的極大關注。聲子晶體一個重要特性是聲子禁帶，落在禁帶頻率范圍內的聲波將無法通過聲子晶體傳播，這一特性可用于消聲器件。而近年來，聲子通帶內的特性也引起了大家的興趣，這些特性包括負折射、聲聚焦、聲準直傳播。

所謂自準直效應，即在某些頻率范圍內等頻線非常平坦常平坦，這種現象源于非均勻介質的特殊色散性質，因為能量的傳播方向垂直于等頻線，所以在晶體內，具有準直頻率處的光波沿著等頻線的法線方向。這樣實現了在不引入缺陷的條件下，波可在完整周期的光子晶體中幾乎無衍射傳播。自準直頻率的確定根據第一布里淵區的聲子晶體二維等頻色散線。

在光子晶體自準直方面的研究結果表明，可利用此效應實現光子晶體波分器、濾波器、光開關和干涉儀，具有很大的實際應用價值。

同樣，在聲子晶體中，我們可以通過設計適當的晶體結構實現聲波分束。這一特性使得聲子晶體具有另一應用前景，比如我們可以根據這一思想設計出基于聲子晶體的分束器、干涉儀、濾波器等。所以，自準直聲波的研究對聲子晶體的研究具有重要意義。因此，我們提出了一種調節聲子晶體分束效率的新方法。

目前，調節聲子晶體分束效率的方法有通過改變晶體間距來實現。此方法對制備要求較高，且不利于集成，所以投入應用不太樂觀。

發明內容

本發明為了克服目前現存的聲子晶體分束效率的不足，提供了一種無需改變整體尺寸只需通過部分柱體旋轉及不同形狀的分波控制方式。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

本發明提供的一種調節聲子晶體分束效率的方法，該方法基于自準直效應，采用二維聲子晶體結構實現聲波分束效率的調節；所述的二維聲子晶體結構由若干個二維晶格單元周期排列而成，所述的二維晶格單元由相互平行的圓鋼柱1和線缺陷方鋼柱2在水中按二維晶格排列，所述二維晶格的晶格常數a為1m。

所述二維晶格單元排列結構為長方形、正方形或六角形。

所述二維晶格單元排列結構為正方形?，在正方形二維晶格單元排列結構中沿正方形對角線方向為三排線缺陷方鋼柱2。

所述線缺陷方鋼柱2沿逆時針方向旋轉，旋轉角度的范圍為0°～45°。

所述二維聲子晶體結構是由鋼柱體和水兩種密度不同的單元疊加而成的：其中，鋼柱體的密度為???????????????????????????????????????????????，縱波波速，橫波波速，水的密度為，縱波波速。

所述圓鋼柱1的橫截面形狀為圓形，其半徑R?=?0.35m；線缺陷方鋼柱2的橫截面形狀為方形；其邊長為0.682m。

聲子晶體通帶的產生和大小主要受以下因素影響：一、組成介質的質量密度、彈性常數、聲波速度等物理參數；二、分散介質的幾何形狀、體積分數和排列方位；三、晶體的排列結構。通過調節和改變這些因素即可獲得滿足特定頻率要求的聲子晶體。

基于上述三方面因素的考慮及現實可行性要求，選擇圓形鋼柱體及線缺陷方鋼柱排列于水中構成的聲子晶體。

本發明的有益效果：

本發明所提供的一種調節聲子晶體分束效率的方法，其聲波分束結構新穎，本方法通過調節線缺陷處方形鋼柱體的旋轉角度，從而可實現聲波分束效率的動態調節，制作工藝簡單，可設計性強。

附圖說明

圖1表示本發明的由鋼柱體正方排列于水中的二維聲子晶體橫截面示意圖。其中1-圓鋼柱，2-線缺陷方鋼柱；沿正方形對角線方向為三排線缺陷方鋼柱。

圖2為發明實施例中未存在線缺陷時，聲子晶體帶結構中最低一條能帶映射在第一布里淵區內的等高線圖。

圖3為本發明的線缺陷方鋼柱2旋轉角度為0°時的聲場分布圖。

圖4為本發明的線缺陷方鋼柱2沿逆時針方向旋轉角度為20°時的聲場分布圖。

圖5為本發明的線缺陷方鋼柱2沿逆時針方向旋轉角度為45°時的聲場分布圖。

圖6為本發明的線缺陷方鋼柱旋轉時，結構的分束效率圖。

具體實施方式