镜像单元周期性固液声子晶体中谐振的研究

利用散射矩阵,通过数值计算,研究了声纵波在镜像单元一维固-液周期声子晶体中的谐振特性。由Bloch定理的色散关系得到了其带隙结构。声纵波正入射时,在透射谱的奇数倍频附近出现6条窄带谐振透射峰,而偶数倍频附近有5条弱谐振透射峰。当声纵波斜入射时,谐振透射峰均向高频方向移动,且透射带宽减小。另外,在全反射条件下声纵波入射时,透射谱中谐振透射表明,此时产生了谐振隧穿效应。当入射角为25°时,透射谱中仅有一条谐振隧穿峰。     

复合周期特异介质光子晶体异质结的谐振模

一维异质结光子晶体包含两个基本单元结构,其中每个单元都由一种特异介质和常规介质层叠构成.利用传输矩阵法,通过数值模拟得出两种不同异质结光子晶体的透射谱.在1.0 ～ 10.0 GHz频率范围内,(AB)6(CD)4结构的透射谱中出现了三个光子带隙,但带隙中没有谐振模;而在(《AB)6(CD)4)2结构的透射谱中,在三个光子带隙内均出现谐振模.在第一带隙内,随着入射角的增大,TE波和TM波的谐振模数目均减少且谐振模发生频移.其中对于TE波,在2.40 GHz附近出现了全向谐振模.     

入射角度对一维光子晶体禁带的调制研究

利用特征矩阵法,分别研究了不同偏振方式的波入射到光子晶体时,光子晶体的禁带随入射角度的变化.结果表明:不论是TM波入射还是TE波入射,随着入射角度的增大,光子晶体的带隙都向短波方向移动;TM波入射时,光子晶体的带隙随入射角度的增大而减小,而以TE波入射光子晶体时,随着入射角度的增大,光子晶体的带隙逐渐增大.     

周期层数及入射角对一维光子晶体带隙的影响

一维光子晶体基本周期的介质折射率取n2=1.5和n3=2.5,采用传输矩阵法,通过For-tran编程进行数值计算,分别得到了不同周期层数(N)及不同入射角度(θ1)下的一维光子晶体透射谱;从光子带隙频宽、带隙中心位置及带隙中心的透射率值等方面,分析并讨论了周期层数及入射角对一维光子晶体带隙特性的影响。结果表明,随着N值的增加,带隙中心的透射率值迅速减小,当N增至16层时,一维光子晶体基本形成;此外,在0°～85°内,随着入射角度的增加,带隙低频值向左移动,高频值向右移动,带隙宽度呈增加的趋势,入射角不影响光子带隙的中心位置。     

含单负材料一维光子晶体的偏振特性

利用传输矩阵法,讨论了由单负材料组成的光子晶体的偏振特性.结果表明:垂直入射时,TE模和TM模的透射谱完全相同.当入射角θ增加时,两模的透射谱均向短波方向移动,禁带的宽度增加,且TE模的变化大于TM模的.入射角越大,变化越明显.光子晶体的周期数N增加时,准禁带底部逐步降低,宽度稍有变窄,禁带的位置和宽度均保持不变.但位...     

一维铝-环氧树脂声子晶体的介观压声效应

用传递矩阵法研究了由铝和环氧树脂两种材料构成了二组元一维声子晶体在应力作用下的透射谱特性。通过分析透射谱线的变化发现,在压变量的影响下,声波带隙能可控的出现和消失及平移,特别是会随着压变量的变化而出现带隙的反转,由通带变为禁带。为与体材料中的声弹性效应区别,参照介观压阻和介观压光效应的提法,称这种效应为介观压声效应。研究了在压变量存在下该结构透射谱线与声子晶体周期数的关系。结果表明,单轴应力对声子晶体带隙有明显的影响。这些特性可为新型声学器件的设计提供理论参考。     

准周期结构一维光子晶体的带隙特性与滤波特性

研究了准周期结构一维光子晶体的带隙特性和滤波特性,对ZnS与MgF2和GaAs与AlAs两种电介质组合的光子晶体在层厚不变、折射率递变和折射率不变、层厚递变以及层厚不变、折射率比递变三种情况下的透射谱作了模拟计算,得到了带隙特性的变化规律,并指出了其在滤波中的应用.与周期结构光子晶体相比,准周期结构光子晶体的透射谱发生移动,带隙宽度改变.     

三层单负材料为周期单元对称型一维光子晶体的频率特性

应用传输矩阵法研究了以三层单负材料为周期单元对称型一维光子晶体(ABC)M(CBA)M。结果表明,其带隙结构对入射角的敏感程度与光波的偏振性有关,TE波的高频通带会随着入射角的增大向中心频率移动,而TM波的带隙结构对入射角的变化不敏感。研究还发现各介质层厚度的变化对能带结构的影响规律不相同。当保持各介质层厚度比不变,成倍增大各介质层厚度,高、低频通带变窄并向中心频率移动,低频区通带首先消失。当改变各介质层厚度比时,若保持A、C层厚度不变,减小B层厚度,高、低频通带分别向两侧移动同时收缩变窄;若保持B层厚度不变,增大A、C层厚度,高、低频区通带同样变窄,低频区通带首先消失,带隙同样变宽。最后研究了该光子晶体的零有效相位带隙结构,发现其通带随晶格常数的增大逐渐向中心频率移动同时收缩变窄,这一特性可以用来设计单通道窄带零有效相位延迟滤波器。     

一维光子晶体的偏振特性研究

本文采用光子晶体带隙结构计算的Pendry理论研究了一维光子晶体的偏振特性,由Pendry理论导出的传输矩阵法计算了TE模和TM模的透射谱,不同入射角时基频PBG(Photonic band gap)分布,固定入射角及入射光频率时透射率随介质a的填充率因子变化曲线.     

入射角和杂质吸收对一维光子晶体反射镜的影响

利用复折射率的方法和膜系设计软件TFcalc分别研究了入射角和杂质吸收对一维光子晶体反射镜反射谱和透射谱的影响.结果表明:随着入射角的增大,一维光子晶体反射镜的禁带中心位置蓝移,禁带宽度减小.入射角小于60°时,带隙势阱深度几乎不变,大于60°后带隙势阱深度变化较大.当入射角无限接近90°时,P偏振光的带隙几乎消失,S偏振光的带隙几乎保留.杂质吸收对于一维光子晶体的反射谱和透射谱显著影响时的临界消光系数值分别是0.001和0.0003.高折射率介质层的杂质吸收对光谱的影响较小.     

Features of propagation of surface acoustic waves in two-dimensional phononic crystals on the surface of a lithium niobate crystal

Two-dimensional phononic crystals are fabricated on the surface of a lithium niobate crystal. A numerical method is developed for calculating the frequency dependences of the transmission and reflection coefficients of a surface acoustic wave for a rectangular region with two-dimensional periodic structure on the surface of an elastic body. Measurements of the frequency dependences of the reflection and transmission coefficients are performed for propagation in the part of the lithium niobate crystal surface on which two-dimensional phononic crystals were fabricated. Forbidden zones are found in the transmission spectra of the waves transmitted through phononic crystals. It is shown that, if the width of the incident wave beam is less than the width of the region with the two-dimensional periodic structure (the two-dimensional phononic crystal), then a resonant increase in the transmission coefficient arises near the center of the rejection band.     

十字型结构声子晶体带隙及等效模型研究

该文设计了一种新型十字型声子晶体结构,并采用有限元法对其进行了研究;分析了此结构若干共振频率下的振动模态,分别建立了带隙起始频率与截止频率处振动模态的简化模型,探究了结构与材料参数对带隙的影响,验证了简化模型的合理性;最后计算了结构的反射系数与透射系数。结果表明,该结构带隙产生机理属局域共振型,能够在中低频段内产生一个完全带隙。通过对金属芯体密度、基体密度、包覆层的宽度及弹性模量等因素的调节,可以实现对带隙上、下界频率的调节,结构的反射系数与透射系数随入射波频率的变化也与带隙图相应证,当带隙图显示出现带隙时,结构的透射系数也随之下降。     

多带隙声子晶体低频带隙特性研究

利用有限元法计算了一种多带隙声子晶体的特征频率,传递损失和位移矢量,理论推导了反共振产生条件。研究结果表明,这种声子晶体在低频范围内具有多条平直带隙,带隙的耦合影响因素少,具有比一般局域共振声子晶体和Bragg 散射声子晶体更宽的带隙。此外,利用原点反共振模型分析计算了这种多带隙声子晶体的材料和结构参数对带隙的影响。研究表明,在低于2 500 Hz时,多带隙声子晶体的带隙占90%以上,为低频多带隙声子晶体的研究作了探索。     

圆柱固 液结构声子晶体的全反射隧穿效应

为了研究一维固-液结构圆柱形声子晶体中弹性波的全反射隧穿效应,利用转移矩阵法计算了弹性波在大于全反射角入射一维圆柱形声子晶体的透射率。在透射波中发现了全反射隧穿效应,得出了全反射隧穿峰的频率随模式量子数的变化特征,全反射隧穿峰的频率随圆柱半径的的变化特征,全反射隧穿峰的峰数随周期数的变化特征。并利用波的量子理论和倏逝波的理论对一维声子晶体的隧穿效应作出了定性的理论解释。     

新型多重谐振结构声子晶体隔声特性

提出了一种新型多重谐振结构声子晶体,该声子晶体结构属于局域共振结构,在300~2 500 Hz频率内有2个较宽的完全带隙和1个方向带隙。在带隙频率范围内对应有隔声峰,改变内、外层散射体材料能在不同频率范围内获得隔声峰。为拓宽隔声峰的频率范围,通过将不同散射体材料组成不同单元结构复合,在不同频率范围内发挥出较好的隔声效果。通过有限元法分析了影响结构复合隔声效果的关键因素。研究表明,采用结构复合能有效改善隔声效果,复合方式以结构间设置一层空气作为缓冲介质为最佳。     

新型多重开孔式声子晶体低频带隙研究

设计了一种新型多重开孔式局域共振声子晶体结构,结合有限元法计算并分析所设计结构的带隙生成机理和振动特性,并在此基础上进一步分析了带隙影响因素。结果表明,与传统的全连接结构相比,该单元结构质量较轻,且带隙更宽,可在40.8～256.7 Hz范围产生带隙,带隙宽度达215.9 Hz,占整个低频范围的92.95%。通过进一步优化结构参数,第一带隙起始频率可低至36.1 Hz,带宽为174.1 Hz。该结构保证较轻质量的同时可实现低频内的较宽带隙,对飞机、潜艇等舱室的低频降噪具有潜在应用前景。     

压电分流声子晶体杆带隙调控研究

压电型声子晶体具有弹性波带隙特性,可用于噪声与振动控制。该文通过在环氧树脂杆上周期地布置含有负电容的压电分流单元,构造了压电声子晶体杆结构。为拓宽带隙,对此结构设计了3种元胞配置,运用传递矩阵法计算其带隙特性,并采用遗传算法对分流电路参数进行优化。理论与仿真结果表明,改变元胞中不同谐振频率的压电分流单元的个数,可以获得多个局域共振带隙,增强带隙可调谐性;运用算法优化可得到带隙调谐时分流电路参数值的最佳匹配,实现多个带隙的合并进而形成宽带,在不改变原有结构的基础上拓宽带隙。     

负电容声子晶体带隙特性研究

外接负电容的声子晶体具有可调的等效弹性模量。通过改变外接负电容的电容值,可改变等效介质的弹性模量。该文理论计算了等效弹性模量,结合位移矢量分析了带隙的产生原因及其影响因素。研究表明,外接负电容声子晶体具有可调的低频带隙,带隙随着外接负电容的变化而变化。