有關(guān)于董華鋒課程論文

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1、有關(guān)于董華鋒課程論文有關(guān)于董華鋒課程論文_導(dǎo)讀：聲子晶體的研究指導(dǎo)老師：易雙萍：董華鋒（廣東工業(yè)大學(xué)物理學(xué)院，廣州，510090）摘要：聲子晶體是近十幾年來(lái)提出的一類概念、聲學(xué)材料，這種周期性結(jié)構(gòu)所具有的聲波帶隙特性可以認(rèn)為具有某種過(guò)濾效應(yīng)，即多種頻率的振動(dòng)或聲波通過(guò)此類晶體時(shí)，由于布拉格散射，便會(huì)分裂為導(dǎo)帶和禁帶，處于禁帶頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)或聲波將被禁止在晶體中傳播，而處于導(dǎo)帶頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)或聲波則能順利通過(guò)聲子晶體。通過(guò)求解聲波在晶體中的波動(dòng)方程可以設(shè)計(jì)所需要的聲子禁帶和導(dǎo)帶。文中對(duì)聲子晶體的概念和基本特征、研究進(jìn)展、理論方法、潛在應(yīng)用等方面進(jìn)行了闡述，并對(duì)聲

2、子晶體的研究工作進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：聲子晶體；聲子禁帶；聲學(xué)濾波器；隔振降噪1引言物理學(xué)中的許多進(jìn)步和成果始于對(duì)周期性結(jié)構(gòu)中波的傳播情況的研究，如電子的能帶結(jié)構(gòu)，Bloch振蕩器和全息術(shù)。隨著研究的逐漸深入，人們已經(jīng)制備出了許多新型功能材料．并應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。以硅晶體為代表的半導(dǎo)體材料的出現(xiàn)引發(fā)的電子工業(yè)革命，使我們進(jìn)入了信息時(shí)代。半導(dǎo)體的理論依據(jù)是固體電子的能帶理論[1]．即電子(波)在周期性勢(shì)場(chǎng)的作用下會(huì)形成禁帶和導(dǎo)帶，帶與帶之間有間隙。近年來(lái)，人們突破了以現(xiàn)有原材料為研究對(duì)象的限制，進(jìn)入了通過(guò)能帶設(shè)計(jì)來(lái)模擬天然晶格以獲得新型功能材料和器件的新階段。1987年

3、，Yablonovithch和John分別發(fā)現(xiàn)了光波通過(guò)周期性電介質(zhì)結(jié)構(gòu)后的色散曲線成帶狀，即產(chǎn)生了帶隙，于是各自提出了光子晶體(photoniccrysta1)[2，3]這一新概念，推進(jìn)了材料科學(xué)的發(fā)展，并由此掀起了專門研究光子晶體[4-6]的熱潮。既然光波通過(guò)光子晶體能產(chǎn)生帶隙，那么有沒(méi)有一種材料當(dāng)彈性波通過(guò)時(shí)也能產(chǎn)生帶隙呢答案是肯定的．1992年，SigalasM．M．和EconomouE．N．在理論上證實(shí)球形材料埋入某一基體材料中形成周期性點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)具有帶隙特性的重要結(jié)論[7]。隨后，Kush．S．等人明確提出了聲子晶體(phononiccrysta1)[8

4、]的概念，近十幾年來(lái)相關(guān)的理論和實(shí)驗(yàn)研究也已經(jīng)證明了這一點(diǎn)，通過(guò)求解聲波在晶體中的波動(dòng)方程可以設(shè)計(jì)所需要的聲子禁帶和導(dǎo)帶。聲子晶體的這一性質(zhì)具有豐富的物理內(nèi)涵及廣闊的應(yīng)用前景．聲子晶體的研究已引起各國(guó)研究機(jī)構(gòu)的高度關(guān)注[9-32，34-41]。2聲子晶體的概念及基本特征聲子晶體的概念即是從光子晶體的概念演繹而來(lái)的．它們的相似之處在于都是模擬天然晶體原子的排列方式，均具有某種周期拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只不過(guò)光子晶體以光子作為能量量子，而聲子晶體則是以聲子作為能量量子，所以聲子晶體就是具有聲子帶隙的人造周期性彈性介質(zhì)結(jié)構(gòu)。聲子晶體一般有兩相1或兩相以上的彈性介質(zhì)組成，其中連續(xù)的物

5、理相稱作基體，不連續(xù)相稱5678910有關(guān)于董華鋒課程論文_(2)導(dǎo)讀：聲子晶體示意圖圖2二維聲子晶體的橫截面示意圖聲子帶隙是通過(guò)調(diào)制材料組分(分散物)彈性常數(shù)的周期性來(lái)實(shí)現(xiàn)的，帶隙有完全帶隙和不完全帶隙之分，所謂完全帶隙是指在特定頻率范圍內(nèi),波在波矢的所有方向上都不能傳播;而不完全帶隙則指在該頻率范圍內(nèi)只允許某些方向上的波通過(guò)，其它方向禁止通過(guò)，即帶隙具有方向性，義稱“方作分散物。根據(jù)聲子晶體結(jié)構(gòu)在笛卡兒坐標(biāo)系中3個(gè)正交方向上不同的周期排列形式，可以分為一維、二維和三維的結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的分散物形態(tài)依次是層狀板、柱體(圓柱或者棱柱)和球形(也可以是方體)等。圖1為典型

6、的一維、二維和三維[9]聲子晶體示意圖。圖1典型的一維、二維和三維聲子晶體示意圖圖2二維聲子晶體的橫截面示意圖聲子帶隙是通過(guò)調(diào)制材料組分(分散物)彈性常數(shù)的周期性來(lái)實(shí)現(xiàn)的，帶隙有完全帶隙和不完全帶隙之分，所謂完全帶隙是指在特定頻率范圍內(nèi),波在波矢的所有方向上都不能傳播;而不完全帶隙則指在該頻率范圍內(nèi)只允許某些方向上的波通過(guò)，其它方向禁止通過(guò)，即帶隙具有方向性，義稱“方向帶隙”(directionalbandgap)。影響聲子帶隙(bandgap)素較多，既有物理參數(shù)的影響，[10]也有結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響。其中，物理參數(shù)包括：分散物與基體之間密度、聲速及阻抗的比率：結(jié)構(gòu)

7、參數(shù)包括：(1)分散物的幾何參數(shù)和體積分?jǐn)?shù)(填充比)；(2)晶體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(正方形、角形、正六邊形等)；(3)缺陷態(tài)(點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷)等。正常情況下，各組分材料參數(shù)的襯比(比率)越大，入射波將被散射得越強(qiáng)烈，帶隙越容易產(chǎn)生，即材料物理參數(shù)的高襯比是產(chǎn)生帶隙的重要條件。以二維聲子晶體為例，半徑為的圓柱棒A作為分散物單元，以方形點(diǎn)陣形式分布于彈性基體B中(晶格常數(shù)為a)，就形成了一種簡(jiǎn)單的二維聲子晶體[11]，如上圖2所示，其填充分?jǐn)?shù)f＝，右邊小圖是正方點(diǎn)陣的第一布里淵區(qū)及不可約三角形。聲子晶體的基本特征就是它的聲子禁帶(聲子帶隙)，即處于聲波禁帶頻率范圍內(nèi)的

8、振動(dòng)或聲波