【摘 要】
:
近年来,声子晶体以及声学拓扑态,一直是声学领域的研究热点。在声子晶体中,能带的拓扑性质与晶体的几何结构息息相关。通常情况下,声子晶体的几何结构在制造时一经确定,则在实际使用中无法轻易更改,这限制了其声学拓扑态的实际应用。通常希望声子晶体具有丰富且可调控的结构参数,通过对结构参数的调节以获得更丰富的物理性质,迎合不同的应用场景。因此,本文提出了两种增加声子晶体可调参数的方法,并构造了两种相应的声子晶
论文部分内容阅读
近年来,声子晶体以及声学拓扑态,一直是声学领域的研究热点。在声子晶体中,能带的拓扑性质与晶体的几何结构息息相关。通常情况下,声子晶体的几何结构在制造时一经确定,则在实际使用中无法轻易更改,这限制了其声学拓扑态的实际应用。通常希望声子晶体具有丰富且可调控的结构参数,通过对结构参数的调节以获得更丰富的物理性质,迎合不同的应用场景。因此,本文提出了两种增加声子晶体可调参数的方法,并构造了两种相应的声子晶体结构,借助COMSOL有限元分析软件,分别对其声学拓扑态展开了详细研究。
本论文的主要研究内容与结论如下:
(1)提出了一种二维的核-壳圆柱型声子晶体结构。该声子晶体的散射体由外层的橡胶圆筒包裹着钢质内核圆柱构成,放置于水基体中。在单胞的几何结构中通过调节内核钢柱的圆心的偏移距离与偏移角度引入了两个独立自由度。通过数值计算发现了体能带中的狄拉克锥简并点的波矢方向与单胞对称轴之间的存在垂直关系。这一规律的发现,对于在低对称性体系中发掘狄拉克锥具有一定的借鉴意义。
(2)提出了一种二维的双层杆柱型声子晶体结构。该声子晶体的散射体由上下两层的刚性杆柱连接而成,中间以刚性板隔开,放置于空气基体中。在单胞的几何结构中通过调控上下两层杆柱的半径引入了四个独立的自由度。通过数值计算,发现体能带中存在八重简并的狄拉克锥,并且在不同的参数下,狄拉克锥可以部分解简并或完全解简并。因此,引入双层结构这一举措,对于增加体系的可调控参数以及调控声学拓扑态具有重要的实际意义。
(3)针对上述两种结构,研究了其能带的拓扑性质以及拓扑边界态的色散曲线,构建不同形态的声学界面,研究了边界态声波在其中的传输状况。结果一致表明,声波的能量主要集中于传输路径之中,并且可以绕过缺陷保持单向传输。这说明处于边界态频率范围内的声波受到了拓扑保护,具有较强的鲁棒性和抗背散射能力。
其他文献
近年来,随着硅基功率晶体管接近性能极限,以宽禁带氮化镓为代表的第三代半导体材料由于其高电子迁移率、高临界击穿场强和高热导系数等物理特性而在高功率器件应用中展现出巨大的潜力。然而,目前的氮化镓器件中仍然存在一些限制因素亟待解决。首先,不同于硅表面存在高质量本征氧化物,铝镓氮/氮化镓异质结外延生长以及器件制备工艺过程中会引入大量的陷阱态,导致器件性能严重退化。其次,传统的肖特基栅漏电大,极大地限制了器
自2009年首次在磁性材料中实验观测到斯格明子起,磁性斯格明子受到研究人员广泛的关注和探索。一方面,斯格明子作为一种独特的拓扑性、粒子性、非线性的局域化自旋结构,在物理、材料层面具有重要的基础研究价值。另一方面,斯格明子被视为新型的信息单元,可用于发展高密度、低功耗、多功能的自旋电子器件及系统,从而展现出巨大的应用前景。开展对斯格明子的调控方式、功能器件、系统架构等方面的研究是推动斯格明子走向最终
火灾是目前发生频率最高、破坏力最强的重大灾害之一。但现有火灾预警探测技术在如何实现灾前、灾后阴燃火点的及时探测,如何探测浅层覆盖物下的火点,以及如何实现轰燃阶段、恶劣火场环境下的火点准确定位的问题上仍存在一定不足。而微波具有对浅层覆盖的可穿透性,同时火灾典型燃烧物质具有强微波辐射特性,因此基于微波辐射的火灾探测技术可有效补充现有火灾探测技术的不足。但现有微波辐射计的体积、成本、重量和空间分辨率均无
被动毫米波(PMMW, Passive Millimeter Wave)辐射探测技术具有较好的隐蔽性。此外,毫米波具备一定的穿透云、雾和雨区的能力。因此,PMMW辐射探测技术能够在复杂的海洋环境中用来探测舰船目标。但是目前的被动毫米波辐射探测技术大多根据单一的辐射亮温差异信息判断目标,难以满足在海面舰船目标检测应用中的实际需求。本文从实际场景出发,对海面舰船及伴生尾迹的毫米波辐射图像特征和目标检测
综合孔径辐射计是一种具有高分辨率的辐射测量仪器,在气象遥感、地球观测、目标探测与社会安全等领域表现出巨大的应用潜力。但是综合孔径辐射计有限的视场范围与灵敏度限制了综合孔径辐射计的大范围应用,因此扩大综合孔径辐射计的视场范围,提高综合孔径辐射计的灵敏度是很有必要的。 综合孔径辐射计的视场范围受限于接收天线的最小间距,而最小间距是单元天线口径尺寸的上限,接收天线的最小间距越小综合孔径辐射计的成像视场
电磁波经过观测目标表面反射后会发生极化特性的改变,且该变化受观测目标的姿态、电磁参数以及观测环境影响。毫米波较小的波长则使得不同观测目标采集的信息具备更好的分辨特性。通过辐射计采集观测目标表面的毫米波段信号并分析其极化特性,即被动毫米波(Passive millimeter wave, PMMW)极化测量,成为了一种新型的无源探测手段。该方法在违禁物检测、军事侦查、地形测绘等观测领域具有广泛应用。
随机粗糙面电磁散射特性的研究,对微波遥感、目标检测和雷达成像具有重要意义。卫星雷达高度计是一种重要的海洋微波遥感器,通过卫星雷达高度计的实测数据,我们可以反演海洋参数。然而,高度计在接近陆地和足印下有岛屿等非海洋性粗糙面时,所获得的波形被扭曲,不符合海洋模型,结果反演海洋参数误差较大甚至不可信。鉴于此,本文基于随机粗糙面电磁散射的特性,对常见目标粗糙表面的散射系数进行了计算,根据高度计电磁脉冲与粗
随着无线通信技术向软件无线电方向发展,即通过软件重构传统硬件电路以实现系统多功能化,天线作为无线通信系统的重要组成部分,可重构必然是天线未来发展的趋势之一。方向图可重构天线能够动态调整辐射波束,降低信号干扰、提高系统安全性;而将方向图可重构天线应用于MIMO系统中,能够增加信道容量、改善信噪比,进一步提高通信系统的性能。因此,方向图可重构MIMO天线具有研究价值。目前,方向图可重构天线以及MIMO
海表温度(Sea Surface Temperature,SST)影响着海洋及大气的物理状况,而海水温度的三维空间分布反映了海洋内部的特征,它们在海洋研究领域都有着重要意义。在海表温度测量方面,现有的方法有现场测量、卫星红外遥感、卫星微波遥感等,使用其中单一的测量手段测量获得的海表温度数据不能完全满足应用需求,通常需要将不同测量方法获取的海表温度数据融合,获得更高质量的海表温度数据。然而,现有的海
半导体激光器具有系统稳定、成本低、高光电转化效率、结构紧密、寿命长等优点,其中大功率半导体激光器在国防及工业领域有广阔的应用前景。本文针对体布拉格光栅用于半导体激光器外腔光谱合束系统,提出了基于半导体激光阵列外腔光谱合束系统的设计方案,仿真模拟了体布拉格光栅各参量对衍射效率的影响,并基于体布拉格光栅衍射原理进行优化设计,并对利用反射型光栅的光谱合束系统进行实验验证及分析。主要研究内容如下: (1