【摘 要】
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近年来,随着声子晶体研究的不断深入,人们的研究方向逐渐从关注声子晶体的带隙转移到关注声子晶体的其他性质以及利用这些性质研制新型声学器件上来,并在声子晶体概念的基础上提出了声学超常材料的概念。基于声学超常材料人们在声学器件的集成、声学平板透镜成像、成像分辨率极限的突破以及声波的隐身实现等等方面的研究取得了很大的进展。在这其中,声学表面波因为其波长比声学体波长短的性质,在声学器件的集成以及声学成像分辨
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近年来,随着声子晶体研究的不断深入,人们的研究方向逐渐从关注声子晶体的带隙转移到关注声子晶体的其他性质以及利用这些性质研制新型声学器件上来,并在声子晶体概念的基础上提出了声学超常材料的概念。基于声学超常材料人们在声学器件的集成、声学平板透镜成像、成像分辨率极限的突破以及声波的隐身实现等等方面的研究取得了很大的进展。在这其中,声学表面波因为其波长比声学体波长短的性质,在声学器件的集成以及声学成像分辨率极限的突破的研究中起着极其重要的作用。本文利用时域有限差分方法(FDTD, Finite Difference Time Domain),研究了声子晶体平板、刻在平板上的V型槽、周期性排列的硬板栅以及周期性排列的方柱子这些体系中的声学表面波的性质,并且分别实现了滤波器、强局域声表面波波导、声学亚波长成像以及电磁感应透明的声学经典类比。首先,系统的分析表明具有周期性孔的平板上的声学共振模式可以显著的影响外来入射波的透射性质,透射谱线显示出了复杂的非对称线形。共振模式的这种独特的性质可以用来设计声子晶体器件从而实现可调滤波器、传感器的功能。其次,数值模拟和实验演示表明浸没于水中的V型槽能够被引入作为声学表面波波导,这种声学表面波波导具有与其他类型的声学表面波波导一样的特性:无色散、横向亚波长局域限制以及低波速。然而,这里V型槽波导将传导的表面波的主要能量限制在靠近槽底的液体中,这点是和其他的声学表面波波导将能量限制在固体中不同,因而V型槽波导将会在水声学和声学生物传感器中有应用。再次,理论研究发现,周期性排列的硬板栅可以支持声导模。通过与这种声导模耦合,源的近场信息可以被传送通过硬板栅。因而这个硬板栅能够作为一个声学近场显微镜,它可以将具有亚波长分辨率的声像从其前表面传送到其后表面。虽然这个近场显微镜必须放置在离源非常近的地方以捕捉衰逝波,但是只要硬板栅的厚度能在工作波长满足Fabry-Perot共振条件,其厚度就可以比工作波长长很多。因此这个声学近场显微镜也可以被看成一个声学的内窥镜,它能够将具有亚波长分辨率的声像传送相当远的距离。此外,这个声学近场显微镜还具有易于制作且成像质量高的优点。最后,一个声学体系被提出用展示具有与电磁感应透明效应相似特性的现象。这个声学结构的每个基本单元由两根方柱子组成,其中一个相对另一根旋转了45度。这些方柱子支持沿着其四边传播的表面波模式。因为柱子的吸收损耗很小,而且这些表面模式可以与来自自由空间的入射波耦合,从而该体系的损耗主要来源于向四周的辐射,数值模拟表明,这两根柱子分别支持一种特定的表面共振模式,它们有着相近的共振频率却有非常不同的振幅场分布。因为振幅场分布决定了共振模式与入射波耦合的大小,从而这两种共振模式有着非常不同的品质因子。通过将这两种共振模式的共振频率调到一致,而且因为它们不同的品质因子,它们可以分别作为辐射模式或暗模式。而辐射模式与暗模式的相消干涉导致了与电磁感应透明相似的透射效应。
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