二维平板声光子晶体带隙特性的研究

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声光子晶体是一种具有周期结构的人工复合新型微结构材料,同时具有声子带隙和光子带隙以及局域模式两个重要特性。在这些物理性质中,诸多优于天然材料的物理特性是都源于它们的带隙特性。因此充分利用这一特性,使得对电磁波和弹性波的控制构建了一系列优越的平台,并在声光功能器件领域有潜在的应用前景。二维板式结构是一种常用的结构形式,在各种机械工程中已经得到了广泛应用,所以对二维平板声光子晶体能带的研究具有重要的应用价值。本文采用平面波展开法和有限元法,对声光子晶体在二维平板中的能带结构、声光缺陷态等问题进行了计算与分析。主要包括以下内容:1、首先介绍了声光子晶体以及相关概念、特点及其应用,然后介绍了计算能带结构常用的理论和数值计算方法,并简述了调控声光子晶体的基本方程式。2、其次采用平面波展开法和有限元法对二维平板声光子晶体的能带结构进行了模拟计算,并对影响二维平板声光子晶体带隙的各种结构参数进行了分析,结构参数主要包括二维平板声光子晶体的晶格类型、散射体的形状、散射体半径的大小、平板的厚度。3、最后利用有限元法计算了两种类型晶格二维平板声光子晶体中两种缺陷的局域特性。其中我们设计了基于正方晶格的十字架模型和L3模型的点缺陷,直线型和折线型的线缺陷,以及基于三角晶格的L1和L3型点缺陷,直线型和Y型的线缺陷。通过模拟仿真计算发现,当电磁波和弹性波在声光子晶体中传播时,在带隙频率范围内,缺陷会局域在缺陷内形成局域模式,在点缺陷中形成共振腔,在线缺陷中形成波导结构。
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