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相似文献
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1.
平板二维声子晶体声波能带结构研究   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
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。  相似文献   

2.
弹性波通过一维复合材料系统的透射性质   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
曹永军  杨旭  姜自磊 《物理学报》2009,58(11):7735-7740
提出了不同结构的一维弹性波复合材料系统模型,包括一维周期结构声子晶体、标准Fibonacci准周期结构声子晶体、广义Fibonacci准周期结构声子晶体以及完全无序结构的复合材料系统. 采用模式匹配理论法,数值计算了弹性波通过一维复合材料系统的透射系数. 计算结果表明,利用特殊的准周期结构声子晶体可获得比周期结构声子晶体更宽的带隙范围,准周期结构排列的复合材料系统相当于在周期结构中引入了缺陷体一样,带隙内出现了丰富的局域模式. 对弹性波/声波在复合材料系统中局域态性质的研究有助于弹性波/声波滤波器、导波器 关键词: 弹性波复合材料 局域化  相似文献   

3.
船舶管路系统噪声的低频宽带控制是船舶设计和制造中亟待解决的关键问题之一。将超材料理论引入船舶管路系统的结构设计,构造了具有低频声波带隙的一维周期管路结构,并给出了周期管路声波带隙和声波透射系数的计算方法。计算结果表明,该周期管路同时存在声波布拉格带隙和局域共振带隙。在这两种带隙频率范围内,声波在系统中的传播将被衰减抑制。进一步发现,布拉格和局域共振带隙在一定条件会发生耦合,出现带隙耦合展宽现象,且两种带隙存在精确耦合条件。利用带隙耦合的展宽效应和低频设计,可实现声波在低频范围内的传播操控,从而达到船舶管路系统低频噪声宽带控制的目的。   相似文献   

4.
设计了一种由铝和塑料组成的ABBA结构的一维异质双周期镜像声子晶体.用传递矩阵法研究了温度参量的变化对该声子晶体的声波带隙的影响.当温度发生变化时,声子晶体除了发生线膨胀之外,组成声子晶体材料的铝和塑料的杨氏模量也会发生变化,这就导致了声波在介质内的传播速度发生变化.通过观察分析透射谱线,发现在温度变量的影响下,声波带隙能够可控的出现和消失,随着温度的升高,声波带隙会向频率减小的方向移动.特别是在一定温度条件下出现带隙的反转,由带隙变为通带.结果表明,温度对声子晶体带隙有着明显的影响.这个特性可为新型声学器件的设计提供理论参考.  相似文献   

5.
三组元声子晶体中的缺陷态   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
运用基于平面波的超元胞方法,研究作为缺陷引入的第三组元材料(四氯化碳、水)对二维二组元声子晶体(水/水银,四氯化碳/水银)带结构的影响.结果表明,二组元声子晶体在引入第三组元点缺陷/线缺陷后,在原来的带结构中会出现缺陷态/带,原带隙的位置、宽度变化不大;缺陷态/带频率主要受第三组元材料物性参数的影响;这些缺陷态都是局域化的.因此,在具有宽带隙的二组元体系中引入适当的第三组元点缺陷/线缺陷,让缺陷态/带频率落在二组元体系的带隙中,就可以形成特殊的滤声态/波导态.声子晶体的这一特性对于声波/弹性波的传播和新的声学应用具有重要意义. 关键词: 声子晶体 三组元 点缺陷 线缺陷  相似文献   

6.
王健  吴世巧  梅军 《物理学报》2017,66(22):224301-224301
构建了一种简单的二维声子晶体:由两个横截面为三角形的钢柱所组成的复式元胞按三角点阵的形式排列在空气中,等效地形成了一个蜂巢点阵结构.当三角形钢柱的取向与三角点阵的高对称方向一致时,整个体系具有C_(6v)对称性.研究发现:在保持钢柱填充率不变的条件下,只需要将所有三角柱绕着自己的中心旋转180°,就可实现二重简并的p态和d态在布里渊区中心Γ点处的频率反转,且该能带反转过程实质上是一个拓扑相变过程.通过利用Γ点的P态和d态的空间旋转对称性,构造了一个赝时反演对称性,并在声学系统中实现了类似于电子系统中量子自旋霍尔效应的赝自旋态.随后通过k·p微扰法导出了Γ点附近的有效哈密顿量,并分别计算了拓扑平庸和非平庸系统的自旋陈数,揭示了能带反转和拓扑相变的内在联系.最后通过数值模拟演示了受到拓扑不变量保护的声波边界态的单向传输行为和对缺陷的背向散射抑制.文中所研究的声波体系,尽管材料普通常见,但其拓扑带隙的相对宽度超过21%,比已报道的类似体系的带隙都要宽,且工作原理涵盖从次声波到超声波的很大频率范围,从而在实际应用上具有较大的优势和潜力.  相似文献   

7.
采用传输矩阵法,研究了由各向同性右手材料和各向异性左手材料组成的Thue-Morse准周期结构的反射带隙,分析了入射角、偏振和晶格比例缩放因子对反射带隙的影响.结果表明该结构存在一个全方向反射带隙,该带隙的宽度由TE模的低频带边缘和TM模的高频带边缘决定.当在该结构中插入一层缺陷时,在全方向带隙中出现一条缺陷模.对TE模,缺陷模的位置受入射角的影响很弱,而对TM模,缺陷模的位置随入射角的增大,向高频方向移动.  相似文献   

8.
双空位缺陷石墨纳米带的电子结构和输运性质研究   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
欧阳方平  徐慧  林峰 《物理学报》2009,58(6):4132-4136
基于第一原理电子结构和输运性质计算,研究了585双空位拓扑缺陷对锯齿(zigzag)型石墨纳米带(具有椅型(armchair)边)电子结构和输运性质的影响.研究发现,585双空位缺陷的存在使得锯齿型石墨纳米带的能隙增大,并在能隙中出现了一条局域于缺陷处的缺陷态能带,双空位缺陷的取向也影响其能带结构.另外,585双空位缺陷对能隙较小的锯齿型石墨纳米带输运性质的影响较大,而对能隙较大的锯齿型石墨纳米带影响很小,缺陷取向并不显著影响纳米带的输运性质. 关键词: 石墨纳米带 585空位缺陷 电子结构 输运性质  相似文献   

9.
岳蕾蕾  陈雨  樊光辉  何娇  赵德荀  刘应开 《物理学报》2011,60(10):106103-106103
采用平面波展开法及平面波超元胞法研究缺陷态对4340钢-环氧树脂二维声子晶体带隙的影响. 以环氧树脂作为基底,把正方形结构排列的4340钢均匀的插入基底中,计算完整晶体、45°线缺陷态晶体、90°线缺陷态晶体、135°线缺陷态晶体、180°线缺陷态晶体的带隙. 结果表明,缺陷态的带隙宽度与完整晶体的带隙宽度相比最大可增大约31倍;对于不同的缺陷结构在F=0.1-0.9的范围内均有带隙出现且随着缺陷态角度的增大. 同时讨论带隙数目N,最低带隙相对宽度Δω/ωg与填充率F之间的关系. 关键词: 缺陷态 带隙宽度 带隙数目  相似文献   

10.
欧阳方平  徐慧  魏辰 《物理学报》2008,57(2):1073-1077
采用第一性原理电子结构和输运性质计算研究了zigzag型单层石墨纳米带(具有armchair 边缘)的电子结构和输运性质及其边缘空位缺陷效应. 研究发现,完整边缘的zigzag型石墨纳米带是具有一定能隙的半导体带,边缘空位缺陷的存在使得纳米带能隙变小,且缺陷浓度越大,能隙越小,并发生了半导体-金属转变. 利用这些研究结果,将有助于在能带工程中实现其电子结构裁剪. 关键词: 石墨纳米带 空位缺陷 电子结构 输运性质  相似文献   

11.
Experimental measurements of acoustic transmission through a solid-solid two-dimensional binary-composite medium constituted of a triangular array of parallel circular steel cylinders in an epoxy matrix are reported. Attention is restricted to propagation of elastic waves perpendicular to the cylinders. Measured transmitted spectra demonstrate the existence of absolute stop bands, i.e., band gaps independent of the direction of propagation in the plane perpendicular to the cylinders. Theoretical calculations of the band structure and transmission spectra using the plane wave expansion and the finite difference time domain methods support unambiguously the absolute nature of the observed band gaps.  相似文献   

12.
Chen J  Xia Y  Han X  Zhang H 《Ultrasonics》2012,52(7):920-924
A theoretical study is presented on the propagation properties of Lamb wave modes in phononic crystal slabs consisting of a row or more of parallel square cylinders placed periodically in the host material. The surfaces of the slabs are parallel to the axis of periodicity. The dispersion curves of Lamb wave modes are calculated based on the supercell method. The finite element method is employed to calculate the band structures and the transmission power spectra, which are in good agreement with the results by the supercell method. We also have found that the dispersion curves of Lamb waves are strongly dependent on the crystal termination, which is the position of the cut plane through the square cylinders. There exist complete or incomplete (truncated) layers of square cylinders with the change of the crystal termination. The influence of the crystal termination on the band gaps of Lamb wave modes is analyzed by numerical simulations. The variation of the crystal termination leads to obvious changes in the dispersion curves of the Lamb waves and the widths of the band gaps.  相似文献   

13.
The band structure of a two-dimensional superconducting photonic crystal is investigated. This crystal is considered a periodic system of nonoverlapping cylinders that have a circular cross section and are infinite in length. The results are obtained using the method of plane wave expansion of eigenfunctions. The photonic band structure is analyzed for two temperatures, namely, in the vicinity of the superconducting transition point and far from it. The two-dimensional superconducting photonic crystal is found to have complete and incomplete band gaps at low temperatures. As the temperature increases, these band gaps shift toward the short-wavelength range.  相似文献   

14.
2维光子晶体中的掺杂效应数值研究   总被引:7,自引:0,他引:7       下载免费PDF全文
 把平面波展开方法(PWM)用于2维光子晶体掺杂情况下透射特性的研究,计算得到了粗细不同的空气柱掺杂、相同半径不同介质柱掺杂、不同柱体形状掺杂情况下2维光子晶体的透射系数与入射光频率的关系曲线。结果表明2维光子晶体的禁带的宽度、位置、透过率与掺杂体半径、掺杂体介电常数、掺杂体柱体几何形状等因素有关,掺杂因素相差越大透射曲线变化越明显,特别是损耗介质的掺入更使得禁带可调要素增加。  相似文献   

15.
类蜂窝状结构完全带隙二维光子晶体   总被引:11,自引:0,他引:11  
通过在二维三角晶格中引入两个完全一样的介质圆柱构成了类蜂窝状结构光子晶体,并对其光子能带进行了频域计算。借助数值方法分析了介质柱位置改变对光子能带的影响,计算结果表明,这种类蜂窝状结构二维光子晶体可以产生很宽的带隙,而且在一定填充率下,可以通过调整介质柱的位置使完全光子带隙达到最大化。  相似文献   

16.
二维组合宽带隙材料的研究   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
运用FDTD(时域有限差分法)研究了弹性波/声波通过二维正方形排列的铁/水声子晶体的传播特性.发现铁/水声子晶体在高频范围存在完全带隙,软包层铁/水声子晶体在低频范围出现共振带隙,它们分别对应于不同的带隙形成机理.通过铁/水声子晶体和软包层铁/水声子晶体的组合,可以得到从高频到低频的组合宽带隙结构,从而达到在更宽频范围内控制弹性波传播的目的;而且通过调整包层的厚度、铁芯的大小、以及填充率等结构参数,可以有效地调节组合宽带隙的频率结构.  相似文献   

17.
Two-dimensional (2D) photonic band gaps (PBG) structure fabricated from anisotropic dielectric is studied by solving Maxwell's equations with use of plane-wave expansion method. Numerical simulations show that absolute photonic band gaps can be substantially improved in two dimensional square and triangular lattices of cylinders by introducing anisotropy in material dielectricity. Owing to different refractive indices for electromagnetic waves with E- and H-polarization, the quasi-independent adjustment of band gaps for the E- and H-polarization modes can be implemented by uniaxial crystals with their extraordinary axis parallel to the cylinders. Large absolute band gaps can be created for uniaxial cylinders in air with a positive anisotropy. In the case of air holes in background uniaxial dielectric with even a weak negative anisotropy, the absolute band gap can be increased 2-3 times. Large absolute band gap can also be obtained in other complex configurations of uniaxial and biaxial materials and this enables a full exploitation of potential utilization for anisotropic materials available in nature. Such a mechanism of band gap adjustment should open up a new scope for designing band gaps in 2D PBG structures. Received 26 January 1999  相似文献   

18.
19.
圆柱形散射子二维光子晶体的态密度与局域态密度   总被引:4,自引:0,他引:4  
车明  周云松  王福合  顾本源 《光学学报》2006,26(12):847-1851
二维光子晶体只有赝带隙,因此能否利用二维光子晶体有效控制原子自发辐射是令人感兴趣也是有实际意义的问题。其中最重要的因素是态密度和局域态密度的性质。采用平面波展开结合晶体群论的方法计算了二维正方格子光子晶体的态密度和局域态密度。其中散射子为空气圆柱,放置在均匀的电介质背景上。结果显示两个特点:第一,总态密度和局域态密度在原来二维光子晶体赝带隙处虽然已经不为零,但是取值明显低于赝带隙范围之外的值,即存在一个准光子带隙。第二,局域态密度在空气散射子界面处发生突变,空气散射子区域的局域态密度相对较大,这可由电位移矢量的连续性来理解。由于这两个特点在其他二维光子晶体中也被发现过,它们可能是普遍存在的。  相似文献   

20.
在理想条件下,为了研究等离子体参数、填充率、入射角度和介质层相对介电常数对一维三元磁化等离子体光子晶体的禁带特性的影响,用由传输矩阵法计算得到的TE波任意角度入射时的左旋极化波(LCP)和右旋极化波(RCP)的透射系数来研究其禁带特性。结果表明,仅增加等离子体碰撞频率不能实现禁带宽度的拓展,改变等离子体频率、填充率和介质层的相对介电常数能实现对禁带宽度和数目的调谐。改变等离子体回旋频率能实现对右旋极化波的禁带的调谐,但对左旋极化波的禁带几乎无影响。入射角度的增大使得禁带低频区域带宽变大,而高频区域带宽则是将先减小再增大。  相似文献   

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