CN107039031A - 声子晶体及声斜入射全透射的实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种声子晶体，由橡胶在水中周期性排列组成，所述橡胶的密度为1300kg/m3；所述橡胶为正方体或长方体。本发明还提供了一种声斜入射全透射的实现方法。该声子晶体模型在XM方向具有固定的狄拉克点，当橡胶为正方体柱，其边长为0.38a时，产生一个约化频率wD＝0.7671(2πv0/a)的狄拉克点，该狄拉克点频率在其他位置都存在着禁带，即当声波以8.8°角度入射到声子晶体中时，该声波不发生发散，能够发生全透射；当橡胶为长方体柱，其长La＝0.27a，宽Lb＝0.53a时，当声波以19.2°角度入射到声子晶体中时，也能够发生全透射。另外，本发明提供的声子晶体还能够在全透射的基础上实现0、π相位的调制。

Description

声子晶体及声斜入射全透射的实现方法
技术领域
本发明涉及声子晶体技术领域，尤其涉及一种声子晶体及声斜入射全透射的实现方法。
背景技术
声子晶体是由材料参数不同的弹性媒质周期性排列组成的人工复合材料。狄拉克点是在石墨烯的能带结构中导带和价带相交于布里渊区的六个点，并且在这些交点附近能带是线性分布的，这些特殊的点被称之为狄拉克点。
以往研究声子晶体的狄拉克点主要研究的是在布里渊区的几个特殊的点，而且研究声波入射主要都是以垂直狄拉克点的角度进行入射。倾斜入射的研究也只是偏狄拉克点的微小的角度，对于大角度的斜入射一般会发生很强的散射现象。因此，如何找到特殊的狄拉克点使得大角度的斜入射在经过声子晶体后不发生散射，能够很完美的以原有的声波进行传播甚至可以进行0、π相位调制也是一种研究方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种声子晶体及声斜入射全透射的实现方法，本发明提供的声子晶体能够实现声波大角度倾斜入射的全透射，并且实现0、π相位调制。
本发明提供了一种声子晶体，由橡胶在水中周期性排列组成，所述橡胶的密度为1300kg/m3；所述橡胶为正方体或长方体。
其中，所述橡胶的波速为489.89m/s。
在一个实施例中，所述橡胶为正方体，所述正方体的边长为0.38a，其中，a为晶格常数。
在一个实施例中，所述橡胶为长方体，所述长方体的长为0.27a，宽为0.53a，其中，a为晶格常数。
本发明还提供了一种声斜入射全透射的实现方法，包括：
将声波以8.8°角斜入射到声子晶体中，所述声子晶体由橡胶在水中周期性排列组成，所述橡胶的密度为1300kg/m3；所述橡胶为正方体。
或者，将声波以19.2°角斜入射到声子晶体中，所述声子晶体由橡胶在水中周期性排列组成，所述橡胶的密度为1300kg/m3；所述橡胶为长方体。
其中，所述橡胶的波速为489.89m/s。
在一个实施例中，所述橡胶为正方体，所述正方体的边长为0.38a，其中，a为晶格常数。
在一个实施例中，所述橡胶为长方体，所述长方体的长为0.27a，宽为0.53a，其中，a为晶格常数。
在一个实施例中，所述声子晶体中，声波入射方向上橡胶的层数为偶数层。
在一个实施例中，所述声子晶体中，声波入射方向上橡胶的层数为奇数层。
本发明提供的声子晶体由橡胶在水中周期性排列组成，所述橡胶的密度为1300kg/m3；所述橡胶为正方体或长方体。本发明提供的声子晶体中，水为基体，其密度ρ0＝1000Kg/m3、波速v0＝1490m/s；橡胶为散射体，其密度ρ1＝1300Kg/m3，波速v1＝489.89m/s。该声子晶体模型在XM方向具有固定的狄拉克点。其中，当橡胶为正方体柱，其边长为0.38a时(a为晶格常数)，产生一个约化频率wD＝0.7671(2πv0/a)的狄拉克点，该狄拉克点频率在其他位置都存在着禁带，即当声波以8.8°角度入射到声子晶体中时，该声波不发生发散，能够发生全透射的现象；当橡胶为长方体柱，其长La＝0.27a，宽Lb＝0.53a时，当声波以19.2°角度入射到声子晶体中时，该声波不发生发散，能够发生全透射的现象。另外，本发明提供的声子晶体还能够在全透射的基础上实现0、π相位的调制，当声子晶体中沿声波入射方向，即声子晶体的厚度方向，橡胶层数为偶数层时，声波透射，且透射后相位不会发生变化，即0相位调制；橡胶层为奇数层时，声波透射，且透射后相位发生π突变变化，即π相位调制。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的声子晶体的单胞模型；
图2为本发明实施例1提供的声子晶体的二维能带图；
图3为本发明声波在声子晶体中斜入射时的模型；
图4为本发明模拟声波以8.8°斜入射到厚度L＝10a的声子晶体前后的场图；
图5为本发明声波以8.8°斜入射到厚度L＝12a的声子晶体中的场图；
图6为本发明声波以8.8°斜入射到厚度L＝20a的声子晶体中的场图；
图7为本发明以狄拉克点的频率入射到声子晶体中角度、厚度和透射系数的关系；
图8为本发明声波以8.8°斜入射到厚度L＝10a(偶数层)的声子晶体中的场图；
图9为本发明声波以8.8°斜入射到厚度L＝13a(奇数层)的声子晶体中的场图；
图10本发明实施例2模拟声波以19.2°斜入射到厚度L＝10a(偶数层)的声子晶体中的场图；
图11本发明实施例2模拟声波以19.2°斜入射到厚度L＝15a(奇数层)的声子晶体中的场图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的声子晶体及声斜入射全透射的实现方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将正方体橡胶在水中周期性排列形成声子晶体，所述橡胶的密度为1300kg/m3，波速为489.89m/s，正方体的边长为0.38a。
参见图1，图1为本发明实施例1提供的声子晶体的单胞模型，该声子晶体为二维固液正方晶格体系，其晶格常数a为1。
对上述声子晶体进行分析，结果参见图2，图2为本发明实施例1提供的声子晶体的二维能带图，由图2可知，可以看出在XM方向，约化频率wD＝0.7671(2πv0/a)存在一个狄拉克点，且其他方向上均是禁带。
本发明模拟声波以8.8°斜入射到声子晶体，参见图3、图4、图5和图6，图3为本发明声波在声子晶体中斜入射时的模型，图4为本发明模拟声波以8.8°斜入射到厚度L＝10a的声子晶体前后的场图，图5为本发明声波以8.8°斜入射到厚度L＝12a的声子晶体中的场图，图6为本发明声波以8.8°斜入射到厚度L＝20a的声子晶体中的场图。由图4、图5和图6可知，声子晶体的厚度对声波斜入射基本无影响。
本发明模拟声波以不同角度入射不同厚度的声子晶体中，结果参见图7，图7为本发明以狄拉克点的频率入射到声子晶体中角度、厚度和透射系数的关系。由图7可知，声波斜入射角度为8.8°时，透射系数为1，即此时可以完美透射，且其角度与透射系数的关系不受声子晶体厚度影响。
本发明模拟声波以8.8°斜入射到不同厚度的声子晶体中，参见图8和图9，图8为本发明声波以8.8°斜入射到厚度L＝10a(偶数层)的声子晶体中的场图，图9为本发明声波以8.8°斜入射到厚度L＝13a(奇数层)的声子晶体中的场图。由图8和图9可知，当声子晶体厚度为偶数层时，声波的相位没有发生变化，即0相位变化。当声子晶体厚度为奇数层时，声波的相位发生π相位的突变，即π相位变化。
实施例2
将长方体橡胶在水中周期性排列形成声子晶体，所述橡胶的密度为1300kg/m3，波速为489.89m/s，长方体的长La＝0.27a，宽Lb＝0.53a，其晶格常数a为1。
本发明模拟声波以19.2°斜入射到所述声子晶体中，结果参见图10和图11，图10本发明实施例2模拟声波以19.2°斜入射到厚度L＝10a(偶数层)的声子晶体中的场图；图11本发明实施例2模拟声波以19.2°斜入射到厚度L＝15a(奇数层)的声子晶体中的场图。由图10和图11可知，声波实现了全透射，且当声子晶体厚度为偶数层(图10)时，声波的相位没有发生变化，即0相位变化。当声子晶体厚度为奇数层(图11)时，声波的相位发生π相位的突变，即π相位变化。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种声子晶体，由橡胶在水中周期性排列组成，所述橡胶的密度为1300kg/m3；所述橡胶为正方体或长方体。
2.根据权利要求1所述的声子晶体，其特征在于，所述橡胶的波速为489.89m/s。
3.根据权利要求2所述的声子晶体，其特征在于，所述橡胶为正方体，所述正方体的边长为0.38a，其中，a为晶格常数。
4.根据权利要求2所述的声子晶体，其特征在于，所述橡胶为长方体，所述长方体的长为0.27a，宽为0.53a，其中，a为晶格常数。
5.一种声斜入射全透射的实现方法，其特征在于，包括：
将声波以8.8°角斜入射到声子晶体中，所述声子晶体由橡胶在水中周期性排列组成，所述橡胶的密度为1300kg/m3；所述橡胶的波速为489.89m/s；所述橡胶为正方体；
或者，
将声波以19.2°角斜入射到声子晶体中，所述声子晶体由橡胶在水中周期性排列组成，所述橡胶的密度为1300kg/m3；所述橡胶的波速为489.89m/s；所述橡胶为长方体。
6.根据权利要求5所述的实现方法，其特征在于，所述橡胶为正方体，所述正方体的边长为0.38a，其中，a为晶格常数。
7.根据权利要求5所述的实现方法，其特征在于，所述橡胶为长方体，所述长方体的长为0.27a，宽为0.53a，其中，a为晶格常数。
8.根据权利要求5～7任意一项所述的实现方法，其特征在于，所述声子晶体中，声波入射方向上橡胶的层数为偶数层。
9.根据权利要求5～7任意一项所述的实现方法，其特征在于，所述声子晶体中，声波入射方向上橡胶的层数为奇数层。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108847213A (zh) * 2018-06-08 2018-11-20 广东工业大学 一种声子晶体及声学设备

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2785091Y (zh) * 2004-12-21 2006-05-31 广东工业大学 二维声子晶体隔音结构
CN101303524A (zh) * 2008-06-03 2008-11-12 西安交通大学 全禁带三维光子晶体压印成型方法及全禁带三维光子晶体结构
EP2223296A1 (en) * 2007-12-21 2010-09-01 3m Innovative Properties Company Viscoelastic phononic crystal
CN102483913A (zh) * 2009-03-02 2012-05-30 代表亚利桑那大学的亚利桑那校董会 固态声学超材料和使用其聚焦声音的方法
US20130112496A1 (en) * 2011-05-02 2013-05-09 The University Of North Texas Methods and devices for electromagnetically tuning acoustic media
CN103903607A (zh) * 2014-03-05 2014-07-02 广东工业大学 一种调节声子晶体定向辐射频率的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2785091Y (zh) * 2004-12-21 2006-05-31 广东工业大学 二维声子晶体隔音结构
EP2223296A1 (en) * 2007-12-21 2010-09-01 3m Innovative Properties Company Viscoelastic phononic crystal
CN101303524A (zh) * 2008-06-03 2008-11-12 西安交通大学 全禁带三维光子晶体压印成型方法及全禁带三维光子晶体结构
CN102483913A (zh) * 2009-03-02 2012-05-30 代表亚利桑那大学的亚利桑那校董会 固态声学超材料和使用其聚焦声音的方法
US20130112496A1 (en) * 2011-05-02 2013-05-09 The University Of North Texas Methods and devices for electromagnetically tuning acoustic media
CN103903607A (zh) * 2014-03-05 2014-07-02 广东工业大学 一种调节声子晶体定向辐射频率的方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHANGQING XU等: "Angular selection of incident waves by photonic crystals with position-varying Dirac points at the Brillouin zone boundary", 《PHYSICAL REVIEW B》 *
FENGMING LIU等: "Dirac cones at k=0 in acoustic crystals and zero refractive index acoustic materials", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 *
HAN-FENG GAO等: "Dirac-like point at the high symmetric M point in a square phononic crystal", 《SOLID STATE COMMUNICATIONS》 *
WEN-QIANG ZHANG等: "Angular control of acoustic waves oblique incidence by phononic crystals based on Dirac cones at the Brillouin zone boundary", 《PHYSICS LETTERS A》 *
曾维友，陈杰: "介质矩形柱二维光子晶体中狄拉克点的实现", 《激光与光电子学进展》 *
高汉峰等: "二维三组元声子晶体中的半狄拉克点及奇异特性", 《物理学报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108847213A (zh) * 2018-06-08 2018-11-20 广东工业大学 一种声子晶体及声学设备

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