旋转方形散射体对三角晶格磁振子晶体带结构的优化

用改进的平面波展开法数值计算了正方形散射体三角排列的二维磁振子晶体当散射体旋转时的带结构. 结果显示, 同样的填充率下, 旋转正方柱散射体可以在新的频率范围内打开更多的带隙, 或者使低频带隙加宽. 说明旋转散射体可以有效地优化带隙.     

平板二维声子晶体声波能带结构研究

利用超元胞法,研究由钢板上生长有限长度的钢柱体形成的散射体嵌入环氧树脂基体中所构成的平板二维声子晶体的声波能带结构,分析散射体的几何参数如柱体的高、半径和板的厚度对声波带隙的影响。研究结果表明:(1)这种新型的声子晶体具有很宽的带隙,且带隙出现在低频范围内;(2)散射体的几何参数对带隙的宽度有很大的影响,它们是控制带隙宽度的主要因素。     

三维声子晶体带结构研究

运用平面波展开法计算由长方体散射物以面心立方结构排列于基体中形成的三维声子晶体的带结构,研究不同组分材料、散射物的填充率和长方体散射物的高与长之比 R_(HL)对带隙的影响.结果表明,将质量密度和波速大的散射体放在质量密度和波速小的基体中所形成的三维(面心立方)固态声子晶体有利于带隙的产生；散射体的填充率为中间值时带隙最宽；散射体的对称性强烈影响带隙,当 R_(HL)大于等于1时,带隙宽度随 R_(HL)的增加而减小,相反,当 R_(HL)小于1时,带隙宽度随 R_(HL)的增加而增加.     

散射体排列方式对二维磁振子晶体带隙结构的影响

本文采用平面波展开法数值计算了由铁圆柱分别按正方排列、三角排列以及六角排列在氧化铕基底材料中构成的二维磁振子晶体带结构,讨论了散射体的不同排列方式对磁振子晶体带隙结构的影响.计算结果表明,三角排列散射体的磁振子晶体能够获得最大的自旋波带隙结构. 关键词： 磁振子晶体 带隙 排列方式     

双开口Helmholtz局域共振周期结构低频带隙特性研究

设计了一种双开口Helmholtz周期结构,该周期结构单元采用双开口内外腔设计,基于多腔耦合局域共振机理,可大大增加局域共振区域,增加能得到较低的低频带隙特性.通过设计调节内腔弧长,可以使带隙移动,达到特定低频频段的隔声效果.在分析低频带隙形成机理和影响因素时,采用声电类比原理建立带隙起始频率和截止频率的计算数学模型并与有限元方法进行对比分析.研究表明:该结构具有良好的低频带隙特性,其最低带隙段为86.9—138.2 Hz.外径一定的条件下,低频带隙受内腔弧长、内外腔间隔以及周期单元结构间隔影响,内腔弧长越长,低频带隙越低;内外腔间距离越大,从而内腔体积变小,带隙向高频移动,其低频效果变差;减小结构间距对低频带隙起始频率无影响,但可以大大增加低频带隙截止频率,从而增加带隙宽度.该研究结论可以为低频降噪领域提供一定的实践和理论支持.     

二维声子晶体带结构的多散射分析及解耦模式

利用多散射方法研究了二维声子晶体中的带结构，通过对柱散射波各阶分波之间的耦合分析，发现在带隙边缘的模式存在与对称性相关的解耦现象. 由此在低阶带隙边缘出现独立的自洽的零阶多散射模式. 通过引入周期结构因子和Mie散射因子，得到表征低阶带隙起始频率的解析公式. 利用该公式，采用图解法，定量地说明了带隙起始频率随周期性和单散射体Mie散射特性变化的规律. 关键词： 声子晶体 多散射     

含特异材料一维超导光子晶体的带隙特性研究

利用传输矩阵法研究了含特异材料的一维超导光子晶体的带隙特性. 研究表明, 这类超导光子晶体同样具有由传统的电介质材料构成的超导光子晶体一样的低频带隙, 且在一定的参数下该低频带隙可以相当宽. 但在一定的结构参数下, 这类超导光子晶体同完全由传统的电介质构成的光子晶体一样不存在低频带隙. 还就超导光子晶体的偏振特性、光子晶体结构参数及环境温度的变化对光子带隙结构的影响进行了研究. 关键词： 超导光子晶体 传输矩阵法 特异材料 光子带隙     

局域共振复合单元声子晶体结构的低频带隙特性研究

本文提出了一种新型局域共振复合单元声子晶体结构, 并结合有限元方法对结构的带隙机理及低频共振带隙特性进行了分析和研究. 共振带隙产生的频率位置由所对应的局域共振模态的固有频率决定, 并且带隙宽度与局域共振模态的品质因子及其与基体之间的耦合作用强度有关. 采用局域共振复合单元结构可以实现声子晶体的多重共振, 在低频范围能打开多条共振带隙, 但受到共振单元排列方式的的影响. 由于纵向和横向局域共振模态的简并, 复合单元结构能在200 Hz以下的低频范围打开超过60%宽度的共振带隙, 最低带隙频率低至18 Hz. 这为声子晶体结构获得低频、超低频带隙提供了一种有效的方法. 关键词： 局域共振 低频带隙 复合单元 声子晶体     

新型负模量声学超结构的低频宽带机理研究

提出了一种具有负模量特性的新型声学超结构,并揭示了其低频带隙的形成及拓宽机理.通过理论推导给出了该新型结构的归一化有效模量表达式,由于有效模量的零值点与系统参数密切相关,可以调节合适的参数使得零值点降低或带隙下界降低,进一步实现低频带隙.理论结果表明,在一定的频率范围内,系统的弹性模量为负且负模量区域进一步拓宽,从而通过负模量区域的放大而拓宽带隙.这种新的实现低频带隙的方法克服了传统局域共振附加质量过大及惯性放大结构带隙较窄的缺点.同时,通过有限元法得到的周期结构的传输率随着结构参数的变化趋势与理论分析的变化趋势基本一致,并得到了约40—180 Hz的低频宽带.这种实现低频带隙的新思路对低频声波的控制具有很重要的理论指导意义.     

一种多频局域共振型声子晶体板的低频带隙与减振特性

设计了一种多频局域共振型声子晶体板结构, 该结构由一薄板上附加周期性排列的多个双悬臂梁式子结构而构成. 由于多个双悬臂梁式子结构的低频振动与薄板振动的相互耦合作用, 这种局域共振型板结构可产生多个低频弯曲波带隙(禁带); 带隙频率范围内的板弯曲波会被禁止传播, 利用带隙可以实现对薄板的多个目标频率处低频减振. 本文针对这种局域共振型板结构进行了简化, 并基于平面波展开法建立了其弯曲波带隙计算理论模型; 基于该模型, 结合具体算例进行了带隙特性理论分析. 设计、制备了一种存在两个低频弯曲波带隙的局域共振型板结构样件, 通过激光扫描测振仪测试证实该结构存在两个低频带隙, 在带隙频率范围的板弯曲振动被显著衰减.     

一维Al/SrF2低温超导体-电介质光子晶体能带结构

基于二流体电子模型和平面波展开法,计算了一维Al/SrF2超导体-电介质光子晶体的能带结构.结果表明:随着超导层厚度的增加,第一光子带隙中心频率和截止频率均发生蓝移,且第一带隙宽度逐渐增加到一个峰值后又逐渐变窄.更重要的是,在低于临界温度的超低温环境中,温度的微小变化,对该类光子晶体的带隙宽度、中心频率以及截止频率均有...     

各向异性金刚石结构的光子晶体

基于平面波展开法,理论分析了填充率、介质各向异性的程度对单轴金刚石结构三维光子晶体禁带的影响.结果表明,当填充率和介质各向异性取合适的值,单轴各向异性金刚石结构光子晶体存在着完全带隙.介质各向异性的引入使该晶体的带隙变窄甚至完全关闭.在各个布里渊区域里,带隙率和带隙宽度随介质各向异性程度的变化而变化.各向异性的引入为调整光子禁带提供了一种方法.     

金刚石结构三维光子晶体带隙特性的研究

应用平面波展开法研究了三维光子晶体的带隙特性,得到了随着填充率及材料的变化带隙的变化规律,结果为三维光子晶体器件的开发提供了理论依据。     

在高频区存在巨带隙的长方晶格二维光子晶体

本文利用降低光子晶体的对称性来提高绝对禁带宽度, 提出两种长方结构长方介质柱二维光子晶体, 用快速平面波展开法研究其高频区的带结构.经参数优化发现, 长方晶格包含一套介质柱时, 最大绝对禁带宽度Δω为0.1265ωe（ωe=2πc/a, a为晶格常数, c为光速）, 绝对禁带中心频率ωmid为1.9256ωe, Δω/ωmid=6.6%; 当长方晶格包含两套介质柱时, 最大绝对禁带宽度为0.203ωe, 绝对禁带中心频率为1.8597ωe, Δω/ωmid=10.9%.     

Improved combined wave number eigenvalue equations method for band structure calculations of metal photonic crystal

We provide the combined wave number eigenvalue equations (CWNEE) method based upon the plane-wave expansion (PWE) method to calculate and optimize the band structures of the two-dimension (2D) photonic crystals (PhCs). Compared with the traditional PWE methods for the metal PhCs, the band structures can be obtained directly using the CWNEE method, and not any extra procedures are needed to handle the folded band structures. The comparison between the CWNEE method and FDTD method in accuracy and time-consuming has been analyzed, and the results show that the CWNEE method is reliable and accurate. With the CWNEE method and the Bisection-Particle Swarm Optimization method, we optimize the large gap–midgap ratio of the 2D square lattice of square metal rods and circular metal rods. Unlike many traditional PWE method, the CWNEE method can directly calculate the band structure in the arbitrary given frequency range, and it is quite useful for calculating the defect mode of photonic crystal cavity.     

Tunable full band gap in two-dimensional anisotropic photonic crystals infiltrated with liquid crystals

We analyze the tunability of full band gap in two-dimensional photonic crystals created by square and triangular lattices of anisotropic tellurium rods in air background, considering that the rods are infiltrated with liquid crystal. Using the plane-wave expansion method, we study the variation of full band gap by changing the optical axis orientation of liquid crystal.     

遗传算法在二维声子晶体带隙优化中的应用

运用自适应遗传算法对二维声子晶体的带隙宽度进行优化设计，并与平面波展开法相结合，研究了由正方形排列的铅-环氧树脂构成的声子晶体的带隙宽度优化问题，发现自适应遗传算法可以有效地搜索到具有较宽完全声子带隙的优化单胞形式. 关键词： 声子晶体 声子带隙 遗传算法     

Large complete band gap in two-dimensional phononic crystal slabs with elliptic inclusions

Phononic band structure with periodic elliptic inclusions for the square lattice is investigated based on the plane wave expansion method. The numerical results show the systems composed of tungsten (W) elliptic rods embedded in a silicon (Si) matrix can exhibit a larger complete band gap than the conventional circular phononic crystal (PC) slabs. The phononic band structure of the plate-mode waves and the width of the first complete band gap can be tuned by varying the ratio of the minor axis and the major axis, the orientation angle of the elliptic rods and the thickness of the PC slabs. We also study the band structure of plate-mode waves propagating in two-dimensional (2D) slabs with periodic elliptic inclusions coated on uniform substrate.     

Engineering absolute band gap in anisotropic hexagonal photonic crystals

We analyze the band gap spectra of two-dimensional anisotropic photonic crystals created by a hexagonal lattice of rods covered by an interfacial layer (e.g. tellurium tubes). Using the plane-wave numerical expansion method, we study the modification of the band gap spectrum when the rods are infiltrated with other material, and discuss the optimization strategies leading to the maximum value of the absolute band gap.     

Photonic band gap engineering in 2D photonic crystals

The polarization-dependent photonic band gaps (TM and TE polarizations) in two-dimensional photonic crystals with square lattices composed of air holes in dielectric and vice versa i.e., dielectric rods in air, using the plane-wave expansion method are investigated. We then study, how the photonic band gap size is affected by the changing ellipticity of the constituent air holes/dielectric rods. It is observed that the size of the photonic band gap changes with changing ellipticity of the constituent air holes/dielectric rods. Further, it is reported, how the photonic band gap size is affected by the change in the orientation of the constituent elliptical air holes/dielectric rods in 2D photonic crystals.