二维声子晶体点缺陷间的耦合特性

以二维铝圆柱/空气正方格子声子晶体为研究对象,采用平面波法结合超元胞的方法研究了点缺陷问的耦合特性.结果表明,在(1 0)或(0 1)方向,两点缺陷因耦合将造成缺陷模的分离,分离宽度随两点缺陷距离的增加而减小,同时缺陷附近模场的分布也发生变化;在(1 1)方向因局域声子声场的迅速衰减而使局域声子间的耦合非常弱,即使缺陷间的距离非常小.局域声子的这些耦合特性在声方向滤波器、窄带声波导方面将有很大的应用价值.     

声波在流固耦合声子晶体中的传播特性

利用平面波展开方法计算了二维正方晶格钢/水声子晶体的能带结构.在(206.2~280.1)kHz频率范围内存在完全带隙, 沿着布里渊区(Brillouin)2个高对称方向ΓΧ、ΓΜ的方向带隙分别为(138.5~280.1)kHz和(206.2~287.1)kHz.利用有限元软件Abaqus计算了完美周期和含有缺陷态的声子晶体的传输谱曲线.对完美周期声子晶体, 在带隙频率范围内声波有较大衰减;而含有线缺陷的声子晶体的透射幅值在带隙频率范围内增大, 导波作用明显;在225.9kHz频率时声波在声子晶体中传播的压力场仿真进一步说明了波沿线缺陷传播形成波导结构.基于超声浸水透射技术, 实验测试了声波在声子晶体中传播的带隙及缺陷态特征.结果表明:测试结果与理论计算及有限元方法仿真的结果基本吻合.     

声子晶体的传输特性研究

为探究声子晶体的声波控制机理,研究了声波在声子晶体中的传播行为.通过分析声波激励声子晶体元胞的局域共振响应特性,计算了局域共振型声子晶体的频率响应.运用comsol软件模拟线声源激励在声子晶体薄板后汇聚成点声源.基于光外差测量平台进行了声传输实验,测量汇聚点的声压,并利用NE564组成中心频率为40 MHz锁相环电路来解调声子晶体表面振动信息.运用Matlab处理数据得到声子晶体的频率响应函数,即声子晶体传输特性.实验结果表明,共振频率可以确定声子晶体带隙,减小包覆层橡胶的刚度以降低带隙频率.     

声子晶体声传播特性研究进展及其在船舶行业中的应用

声子晶体是一种重要的声人工材料,由于其独特的声波传播特性而得到广泛研究,对声人工材料中声波传播特性的研究具有重要意义。文章综述了声子晶体带隙特性、带隙机理以及吸声特性的研究进展,并对其在船舶减振降噪中的应用前景进行了展望。     

光子晶体缺陷态构造多通道波分复用器

提出了一种新的二维光子晶体的缺陷结构。该结构在光子晶体中构成光波导,能使光子禁带中不同的被选择的缺陷态频率的光子以极低的损耗通过。采用带有吸收边界条件的时域有限差分方法模拟了光波在该种结构中的传播。以该结构为基础,可以在微米尺度的光子晶体中制作波分复用器等光学元件,而且其各信道具有相近的高传输系数。     

基于二维声子晶体点缺陷的声能俘获系统的优化

研究了二维声子晶体点缺陷的声能俘获系统,这种声子晶体是由水圆柱体散射体插在水银中组成的.数值结果表明声波局域在点缺陷处,通过放入压电片可俘获声能.采用一种新颖的优化方法,即在点缺陷中引入第三组元,计算寻找高质点速度场,预知压电片最优的位置和结构,获得了最优的声能俘获系统.结果还发现低密度的缺陷圆柱体在高密度流体基体下更利于声波局域和声能俘获.     

基于椭圆散射体的二维三角晶格声子晶体带隙

采用降低对称性改变带隙宽度及位置的思想,以椭圆柱体代替圆柱体构成二维三角晶格钢/空气声子晶体,利用平面波展开法计算其能带结构.结果表明,由于采用椭圆柱体降低了散射体的对称性,从而打开一条新的低频带隙,并且在一定的填充率范围内获得更宽的带隙.此外,散射体截面越接近于圆越容易打开高频带隙;反之,散射体的椭圆截面越扁,越利于打开低频带隙.该研究为声子晶体在低频减振和噪音控制的工程应用方面提供了一种思路.     

任意散射体二维声子晶体的带结构计算方法

通过将二维任意形状散射体的声子晶体单元离散化,采用数值积分的方法,解决了其结构函数求解中的积分问题,从而改进了现有的平面波算法,使之能够计算二维任意单元结构正方晶格声子晶体的带结构.通过对比采用传统的以及本文中改进的平面波算法分别计算得到的规则单元结构声子晶体的带结构,验证了文中算法的正确性.采用文中改进的平面波算法,可方便地对二维声子晶体的单元结构进行拓扑优化,从而改进其带隙特性.     

二维蜂窝晶格钢/水声子晶体能带结构

利用平面波展开法研究了钢柱按蜂窝晶格周期排列水中构成二维钢/水声子晶体的能带结构,并详细推导了蜂窝晶格的2种结构因子.基于超声浸水透射技术,沿着第一简约布里渊区2个高对称方向测试声子晶体的带隙.实验结果表明,第一完全带隙频率范围与理论计算结果相吻合.     

含共振单元的单相3维声子晶体设计及其带隙特性研究

局域共振型声子晶体具有低频段的弹性波带隙特性,在振动与噪声控制工程领域有着重要的应用前景。三维局域共振型声子晶体的结构形式目前主要是基于多组元材料体系,在面向工程实际的制造和应用方面存在局限。对此,本文提出一种可实现低频局域共振带隙的单相三维声子晶体结构,利用有限元方法计算了声子晶体的能带结构、振动模态和传输特性。结果表明：该结构在具有高频带隙的同时,可在归一化频率低于0.1的范围内打开相对带隙宽度超过20%的低频弹性波带隙。结构中球形质量单元和连接体的局域共振是该低频带隙产生的主要原因。结构材料属性的变化影响带隙频率值的实际大小,而结构几何参数决定带隙在整个能带结构中出现的相对位置。通过改变结构材料参数和几何参数,可以实现对低频带隙边界和带隙宽度的调控。带隙的进一步拓宽可以通过构造几何参数渐变的组合结构来实现。本文所提出的单相三维声子晶体结构可用于低频减振降噪材料和器件的设计开发。     

基于超声频段的声子晶体负折射率成像规律分析

声子晶体的负折射率研究是突破透镜衍射极限,实现声透镜超高分辨率的最重要手段.通过局域共振声子晶体的振动模型分析,在系统共振频率附近得到了负的质量参数,并以此为原胞构建了声透镜.利用Comsol软件模拟了近场点声源通过声子晶体平板的负折射率成像过程,很好地验证了该透镜负折射率的实现.观察到入射波和出射波的波形基本接近,弥散现象很弱,解释了声子晶体可以突破衍射极限,实现了超高分辨率的特性.仿真结果表明:该模型的原胞尺寸为0.000 5 m,传输声波的波长为0.025 86 m,实现了利用小尺寸结构调控大尺寸波长的声学信号处理的目的.     

砷化镓晶体缺陷显示的可靠性分析

为了提高砷化镓缺陷检测的可靠性,对熔融ＫＯＨ腐蚀性,ＡＢ腐蚀法和超声ＡＢ腐蚀法三种腐蚀方法进行了可靠性对比实验研究。发现超声ＡＢ腐蚀法操作简便,适用范围广,显示缺陷的可靠性和充分性奶高,同时具有分辨能力强,获得缺陷信息量多等特点,是一种值得推广的ＧａＡｓ晶体缺陷检测方法。作者提出了超声ＡＢ腐蚀检测ＧａＡｓ晶体缺陷的检测工艺条件。并提供了部分有代表性的照片,可作有关部门在今后修订国家标准时参考。     

准周期性对光子晶体缺陷模的影响

利用传输矩阵法研究了Bragg镜的准周期性对光子晶体缺陷模的影响.研究表明,无论是高折射率介质层还是低折射率介质层,当其折射率或厚度按一定的递变规律递增时,缺陷模都将向低频方向移动,递减时则向高频方向移动.但对缺陷模品质因子的影响却不同,高折射率介质层的折射率递增时品质因子提高,递减时品质因子减小;但低折射率介质层的折射率递变时品质因子的变化规律刚好相反;而介质层厚度的递变几乎不影响品质因子.此外还研究了准周期性对缺陷层内电场增强效应的影响.     

准周期性对光子晶体缺陷模的影响

利用传输矩阵法研究了Bragg镜的准周期性对光子晶体缺陷模的影响。研究表明,无论是高折射率介质层还是低折射率介质层,当其折射率或厚度按一定的递变规律递增时,缺陷模都将向低频方向移动,递减时则向高频方向移动。但对缺陷模品质因子的影响却不同,高折射率介质层的折射率递增时品质因子提高,递减时品质因子减小;但低折射率介质层的折射率递变时品质因子的变化规律刚好相反;而介质层厚度的递变几乎不影响品质因子。此外还研究了准周期性对缺陷层内电场增强效应的影响。