检索结果-南通市图书馆

作者：舒垚垚南昌大学

学位级别：硕士

声光子晶体是一种同时能产生光子和声子带隙的周期性结构,由于具有同时对电磁波和弹性波的出色的操控能力,近年来一直备受关注。这类人工微结构材料能在微纳尺度上同时操控声光,从而实现声光集成调控和增强声光耦合的作用。常见的实现... 详细信息

声光子晶体是一种同时能产生光子和声子带隙的周期性结构,由于具有同时对电磁波和弹性波的出色的操控能力,近年来一直备受关注。这类人工微结构材料能在微纳尺度上同时操控声光,从而实现声光集成调控和增强声光耦合的作用。常见的实现方式聚焦于声光的双重带隙效应。与带隙效应相比,通带的异常色散的自准直效应的运用既不需要带隙也不需要引入缺陷,即使是在低折射率比和低填充比情况下仍然能实现。进一步研究增强声光耦合在这类声光自准直波导中的应用展现出了巨大的优势。于此同时,拓扑传输具备缺陷免疫和低损耗背散射抑制的特性在近几年成为了新的研究热点。探究在声光子晶体当中波的拓扑传输对于推动光机械拓扑器件的实际应用具有重大的意义。本论文利用有限元方法,针对声光子晶体通带的调控、自准直效应、声光耦合效应和界面模式的拓扑效应等若干问题进行了探讨。主要研究工作包括:一、研究了在无缺陷的二维空气孔型声光子晶体中实现电磁波和弹性波的同步自准直传输及对波束的控制方式。当前自准直波束的分束方式单一,通过合理的设计声光子晶体结构来构建声光同步自准直分束器。从而使得基于自准直波导的声光集成器件有了更加灵活多样的设计方式。二、探究了二维无缺陷的空气孔型声光子晶体中声光自准直波导的声光耦合效应。在这个过程中,我们发现声光相互作用强度可以与基于缺陷的带隙型波导的声光相互作用强度相媲美。此外,与带隙型波导相比,该实现增强声光相互作用的新平台在实际制作过程中工艺相对简单,因为不需要缺陷,也没有对某些低折射率非线性材料的产生限制。三、研究了二维空气孔型声光子晶体的谷拓扑传输特性,在没有循环流体流动或外部磁通的情况下,同时展示光和声的拓扑态。光和声的拓扑谷自旋态是通过简单地旋转散射体的角度来打破镜像对称性实现的。进一步表明边界态出现在带隙中,电磁波和弹性波可以同时沿界面进行拓扑谷传输。此外,这些边缘状态对紊乱等缺陷具有鲁棒性,并在传输过程中表现出低损耗背散射抑制特性。本论文研究的声光子晶体可以通过控制光和声的色散曲面完成对声光的同步操控,实现了同时调控电磁波和弹性波的功能;并获得了电磁波和弹性波之间的耦合特性,为声光集成调控及增强声光耦合等方面提供了新的平台。除此之外,本文研究的声光子晶体可以通过简单地旋转散射体同时获得光和声的拓扑谷自旋态,实现了同时电磁波和弹性波的拓扑谷传输。该结果为同时定位光声拓扑边缘模式提供了一个平台,并在拓扑光机械器件的设计中具有潜在的应用价值。

关键词：声光子晶体等频面自准直声光耦合拓扑传输背散射抑制缺陷免疫

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于声子晶体的弹性波拓扑传输研究

基于声子晶体的弹性波拓扑传输研究

作者：解翔华中科技大学

学位级别：硕士

基于声子晶体的拓扑传输在近几年是一个研究热点,它具备低损耗背散射抑制和缺陷免疫的优异特性,在声信号探测和控制方面拥有着巨大的潜力。但是目前很多拓扑传输的研究都是以流体为基体的,被流体的特性所限制。相对而言以固体为基体的... 详细信息

基于声子晶体的拓扑传输在近几年是一个研究热点,它具备低损耗背散射抑制和缺陷免疫的优异特性,在声信号探测和控制方面拥有着巨大的潜力。但是目前很多拓扑传输的研究都是以流体为基体的,被流体的特性所限制。相对而言以固体为基体的研究会更加有助于拓扑器件的实际应用。针对此问题,本文以固体为传输基体,设计两类不同的声子晶体。利用有限元软件COMSOL,基于能带反转分别实现弹性波的拓扑传输,为拓扑传输的实际应用提供了新的可靠思路。本文的主要研究内容为:(1)设计一种由细杆和圆柱连接而成的杆柱型声子晶体,计算单胞的能带得到了打开后可以形成完全禁带的狄拉克点。通过改变单胞中两个圆柱的半径大小,实现能带的反转,建立超胞并计算其能带,观察到不同拓扑性质的声子晶体拼接形成的界面处的边界态。依次建立直线形的波导,没有缺陷的“Z”字形波导和含有缺陷的“Z”字形波导。在边界态对应的频率范围附近进行频域传输效果的模拟和计算能量透射谱。从计算结果中可以得出无论是在直线形波导中、没有缺陷的“Z”字形波导中,还是在含有缺陷的“Z”字形波导中,能量的损耗都较低且受弯角和缺陷影响较小。完成基于杆柱型声子晶体的拓扑传输的设计。(2)设计一种中间有扇叶形孔洞的孔洞型声子晶体,计算单胞的能带得到打开后能够形成完全禁带的狄拉克点。并且通过研究不同旋转角度散射体对应的单胞,发现能带的拓扑性质呈现周期性的变化,出现了反转。完成了偶然狄拉克点和必然狄拉克点随散射体旋转角度的变换。计算不同拓扑性质声子晶体拼接成的超胞的能带,得到超胞的边界态。接着,将不同旋转角度的散射体对应的单胞按照不同的方式拼接成一个六边形,每个六边形模型里有六个波导,在频域仿真里证明拓扑边界态的存在。分别建立一个没有缺陷的几字形波导和一个含有缺陷的几字形波导。在边界态对应的频率范围附近,进行频域传输效果的模拟和计算能量透射谱。从计算结果中可以明显看到无论是在没有缺陷的几字形波导中,还是在含有缺陷的几字形波导中,能量的损耗都是很低的且几乎不受弯角和缺陷的影响。最后模拟实际加工造成的缺陷,证明本设计具有一定的误差容忍性。完成基于孔洞型声子晶体的拓扑传输的设计。

关键词：固体声子晶体拓扑传输低损耗背散射抑制缺陷免疫

基于声子晶体的弹性波调谐特性及拓扑传输研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于声子晶体的弹性波调谐特性及拓扑传输研究

作者：郑元镇宁波大学

学位级别：硕士

声子晶体是一种具有带隙特性的周期性复合材料,其带隙的调节可通过改变声子晶体的结构参数完成,研究发现带有压电分流的声子晶体的带隙特性可以被方便地通过电路参数进行调谐。传统的基于厚度电场的压电分流电路中,当电阻值增大时,电路... 详细信息

声子晶体是一种具有带隙特性的周期性复合材料,其带隙的调节可通过改变声子晶体的结构参数完成,研究发现带有压电分流的声子晶体的带隙特性可以被方便地通过电路参数进行调谐。传统的基于厚度电场的压电分流电路中,当电阻值增大时,电路的带隙宽度变宽,但降低了材料的减振能力。另外,声子晶体存在加工缺陷,且声波或弹性波在传播过程中会出现背散射,基于声子晶体的拓扑传输近几年被广泛关注,传输过程中具有低损耗、抑制背散射和免疫缺陷等优点,在声通信和噪声控制中有着良好的应用前景。目前声学拓扑绝缘体研究主要依靠改变柱体尺寸打破结构对称性形成带隙,但声子晶体结构中散射体间隔大小有限,使得其产生的拓扑带隙具有局限性;另外基体与散射体不可拆卸,只能传输固定带宽的声波或弹性波。本文通过物理建模、理论分析、有限元仿真方法,对声子晶体的调谐特性及拓扑传输进行探索。研究内容包括:提出基于横向电场(LEF)的压电分流器,并应用于声子晶体梁,以改善传统基于厚度电场压电分流方法的电阻调谐特性。采用理论方法计算了有效弯曲刚度和带隙,并进行了三维数值仿真验证。与厚度电场谐振单元相比,LEF谐振单元具有更强的压电耦合,且当通过增加电阻使带隙宽度增加时,基于LEF压电分流器的声子晶体梁具有更优的振动衰减能力。然后针对弹性波的拓扑传输,设计了一种具有套环结构的声子晶体。分析套环弹性模量、套环泊松比和套环密度对带隙大小的影响,建立超原胞并计算其能带,观察不同拓扑性质的声子晶体拼接形成的界面处的边界态。在边界态对应的频率范围附近进行频域传输效果的模拟,分析同时改变套环材料与半径对带隙影响。结果显示:通过改变套环材料打破对称性,可以实现弹性波的拓扑传输,克服了以往依靠尺寸打破结构对称性的局限性。弹性波通过折线形或弯曲波导时能量损耗低,并具有良好的背散射抑制及缺陷免疫特性。另外通过选定不同的套环材料获得需要的带隙特性,并且只需对套环重新排列,便可制定任意路径的波导,同时改变套环材料参数与半径可以获得更宽的带隙。本文提出的基于LEF压电分流器的声子晶体梁,克服了传统厚度电场压电声子晶体梁的振动衰减能力不足的缺点;另外利用套环材料变化打破对称性的弹性波拓扑传输为尺寸改变受限时提供了可行方案。研究结果可以为改善压电声子晶体的调谐特性及实现弹性波的拓扑传输提供新的思路。

关键词：声子晶体带隙调节压电分流电路边界态背散射缺陷免疫

基于介质声光子晶体的声光同步赝自旋相关拓扑传输研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于介质声光子晶体的声光同步赝自旋相关拓扑传输研究

作者：胡忠南昌大学

学位级别：硕士

伴随着制备技术向纳米级的更深层次发展,以及更加精细的微结构能够实现,人们开始关注在同一微结构中同时操纵光波及声波,而结合了光子及声子带隙的周期性微结构能够实现这种操纵,这种微结构也被称之为声光子晶体。由于能在波长或亚波长... 详细信息

伴随着制备技术向纳米级的更深层次发展,以及更加精细的微结构能够实现,人们开始关注在同一微结构中同时操纵光波及声波,而结合了光子及声子带隙的周期性微结构能够实现这种操纵,这种微结构也被称之为声光子晶体。由于能在波长或亚波长尺度上同时操控光及声,因此声光子晶体能在微纳尺度上集成光、声的调控。与此同时,拓扑在凝聚态物理中的广泛应用,产生了一些有趣的拓扑效应,如量子霍尔效应、量子自旋霍尔效应以及量子谷霍尔效应。两种具有不同拓扑指数的材料之间的畴壁支撑着如缺陷免疫和后向散射免疫以及鲁棒边缘态。由于拓扑效应独特的特征引起了人们的广泛的关注,并且很快拓展到其他经典领域,为研究人员在相应的人工结构中控制电磁波、声波以及弹性波提供了新的自由度。然而,声、光的拓扑传输一直被相互独立地展开研究。近年来,声光同步拓扑传输开始得到关注。将拓扑的概念引入到声光子晶体中,同时实现声光同步的拓扑传输,为构建紧凑、低损耗以及多功能的光声集成可以提供强有力的保证。利用外部磁场来打破时间反演对称性可以实现声光双拓扑态,然而严苛的外部条件限制了实际应用。本论文基于量子自旋霍尔效应,在不需要施加外部条件的情况下,首次提出在二维介质声光子晶体中实现声光同步的拓扑保护边缘态以及拓扑波导态。并结合有限元法,对声光子晶体的能带以及场分布进行展开讨论。本论文的主要研究内容为:(1)设计在二维蜂窝晶格介质声光子晶体中实现声光同步的拓扑赝自旋相关边缘态。其中声光子晶体由正三角形的硅柱在空气中排列组成蜂窝晶格单胞。通过改变收缩和扩展蜂窝单胞以及改变三角形的旋转角度,分别探究了在光子模式和声子模式下实现能带反转的操作机制,并建立超胞计算投影能带,可以在不同拓扑相位的声光子晶体拼接界面处获得拓扑赝自旋相关边缘态。之后再建立波导结构,验证其声光赝自旋态的单向传输特征以及拓扑波导中对缺陷、无序和Z型弯道的鲁棒性。在拓扑赝自旋态对应频率范围附近计算了直波导、缺陷、无序以及Z型弯道下对应的声光透射谱,可以发现都具有较高的透射率从而进一步验证了声光赝自旋的鲁棒性。最后设计了一个交叉波导分束器,具有不同自旋方向属性的赝自旋相关边缘态在交叉波导中有着不同传输行为。并计算交叉波导分束器下各个端口的透射谱,也进一步验证了声光拓扑赝自旋相关边缘态的单向传输特性。(2)基于上述二维蜂窝晶格的介质声光子晶体实现声光同步的拓扑赝自旋相关波导态。我们通过把具有双狄拉克锥的声光子晶体结构放置在拓扑平庸与拓扑非平庸声光子晶体中构造声光拓扑赝自旋相关波导,计算了中间具有不同层数声光子晶体波导超胞结构的投影能带带隙宽度,并以单层为例验证了赝自旋相关波导态的存在。在不同层数下进行声光传输,进一步设计拓扑波导分束器验证赝自旋相关波导态的单向传输特性以及对缺陷的鲁棒性。最后设计拓扑集中器,证明利用拓扑赝自旋相关波导可以实现声光同步收敛或者聚集特性。

关键词：声光子晶体能带反转拓扑传输声光同步调控背散射抑制缺陷免疫

声子晶体中的散射效应诱导赝磁场与声朗道能级

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

声子晶体中的散射效应诱导赝磁场与声朗道能级

作者：陈文灿华中科技大学

学位级别：硕士

赝磁场在物理学研究中备受关注,已成为一种新型调控经典波的机制。引入赝磁场可以在经典波体系中实现许多通常只存在于量子系统中的物理现象,如朗道能级和量子霍尔效应等,从而极大地扩展了操控经典波的方法。本文在二维声子晶体中设计... 详细信息

赝磁场在物理学研究中备受关注,已成为一种新型调控经典波的机制。引入赝磁场可以在经典波体系中实现许多通常只存在于量子系统中的物理现象,如朗道能级和量子霍尔效应等,从而极大地扩展了操控经典波的方法。本文在二维声子晶体中设计了一种新型结构,通过引入沿着x和y方向的散射体单胞参数线性变化,成功地创建一个对称规范场,并实现了大面积均匀的赝磁场。与现有工作中使用的合成朗道规范场不同,这种方法为有效矢势的选择空间提供更大的灵活性,为赝磁场人工声学器件的应用开辟了新的前景。本文从理论原理、有限元仿真和实验三个方面对这一创新性的研究进行了探索,并取得了以下成果:(1)本文针对二维类石墨烯蜂窝晶格声子晶体,提出一种全新的声子晶体超胞结构设计方法。该方法通过沿x和y方向引入散射体单元参数的线性变化,实现对称规范或任意非特殊规范下的赝磁场。相比现有工作中的合成朗道规范场,这种方法增加了有效矢势的选择范围,使得声子晶体结构更加灵活多变。类似于真实磁场诱导的朗道能级量子化现象,在赝磁场作用下实现声子晶体中的高度简并且平坦的声朗道能级。(2)针对这种声子晶体超胞结构,本文提出一种新的声波传输控制方法。该方法通过在狄拉克锥区产生离散的朗道能级,实现沿畴壁的单向传播,即量子霍尔输运。通过声子晶体模型设计,可以实现对声波传播方向的精确控制,且具有缺陷免疫特性。这种单向传输方式能够绕过拐角传播而不会反射,并能够选择性地激发不同的边缘态或局域态。与具有一个周期性方向的朗道规范不同,该方法可以轻松实现B和-B的赝磁场,且可以将二者拼接,使声波从一块晶体传播到另一块晶体,实现声波沿同侧边界或异侧边界传播,这种全新的传播方式将为赝磁场人工声学器件提供新的功能。综上所述,本文研究了在声子晶体中构建自由矢势下的赝磁场,并通过实验验证声学体系中的类量子霍尔效应。这为声子晶体的实际应用和优化提供了参考,为赝磁场人工声学器件的应用开辟新的前景。

关键词：声子晶体赝磁场声朗道能级对称规范类量子霍尔效应缺陷免疫