【摘 要】
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随着科技的发展,目前的声学材料的声学属性已经不能满足我们在声场调控方面日益复杂的需要,这是因为天然的材料可以调控的声波频率范围有限,声子晶体是一种人工周期复合材料,其丰富的色散关系引起了声学领域越来越多的关注。声波在声子带隙频率范围不允许传播,利用带隙性质可以设计隔音材料等。当在声子晶体中引入缺陷时,破坏了结构的周期性,出现了缺陷态,利用缺陷态可设计声能收集或声波导等。根据实际需要设计出来的声子晶
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随着科技的发展,目前的声学材料的声学属性已经不能满足我们在声场调控方面日益复杂的需要,这是因为天然的材料可以调控的声波频率范围有限,声子晶体是一种人工周期复合材料,其丰富的色散关系引起了声学领域越来越多的关注。声波在声子带隙频率范围不允许传播,利用带隙性质可以设计隔音材料等。当在声子晶体中引入缺陷时,破坏了结构的周期性,出现了缺陷态,利用缺陷态可设计声能收集或声波导等。根据实际需要设计出来的声子晶体,可以展现出自然界材料无法实现的一些独特性质。早期,声子晶体的研究主要在带隙、缺陷态等方面。近年来,人们开始对声子晶体的拓扑性质进行研究,并发现了类似量子体系中的谷霍尔效应和自旋量子霍尔效应等,拓扑绝缘体和高阶拓扑绝缘体等拓扑物态在声子晶体中得以实现,使其成为科学研究的前沿热点。非厄米物理在经典波系中产生了许多有趣的现象,在厄米体系之外还扩展了拓扑相位。最近,由厄米分量导出的非厄米拓扑声子晶体系统引起了人们的关注,纯粹由非厄米诱导的拓扑相变物理机理尚未清晰,有待进一步研究。本文在前人的基础上,对一维非厄米声子晶体的拓扑性质进行了深入研究,研究内容如下:首先,分别介绍了声子晶体和非厄米拓扑的概念,并且简要概述了其研究背景和发展现状。其次,介绍了声子晶体的非厄米拓扑性质的相关基础理论,同时还介绍了拓扑不变量及其计算方法。第三,提出了一种损耗可调的声子晶体模型,该模型由一维耦合的声学谐振腔链构成,每个原胞中包含3个或6个谐振腔。通过计算定义的拓扑不变量,验证了声子晶体的拓扑性质,并通过实验观测到了声子晶体的边界态。通过对原胞中谐振腔的数目为奇数和偶数时拓扑态的研究,发现损耗腔的位置对声子晶体中拓扑相变的影响规律,它决定了带隙是平庸的还是非平庸的。第四,通过引入缺陷来对该模型的鲁棒性进行了验证。在一维有限谐振腔链中通过改变缺陷大小和位置,以及改变额外损耗的大小,证明了我们设计的声子晶体的拓扑性质具有很强的鲁棒性。最后,通过将额外损耗引入到管中,同样也得到了该结构的拓扑性质。
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