引言 近10 年來，對(duì)于聲波在聲子晶體或聲子準(zhǔn)晶

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1、引言近10年來，對(duì)于聲波在聲子晶體或聲子準(zhǔn)晶　　引言　　近10年來，對(duì)于聲波在聲子晶體或聲子準(zhǔn)晶體這種周期性或準(zhǔn)周期性結(jié)構(gòu)中傳播的研究非常活躍。由于負(fù)折射與左手系材料可能存在的巨大應(yīng)用價(jià)值，在理論和實(shí)驗(yàn)方面都引起了很大的關(guān)注[1-7]。最近聲子晶體的負(fù)折射效應(yīng)已經(jīng)得到了驗(yàn)證，在理論和實(shí)驗(yàn)上分別實(shí)現(xiàn)了負(fù)折射聚焦成像。在周期結(jié)構(gòu)中，負(fù)折射的發(fā)生是由波傳輸?shù)纳⑻卣饕鸬?可以用它的等頻率曲面來描述負(fù)折射情況?！　∮腥さ氖沁@種負(fù)折射現(xiàn)象也存在于一些準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)中。馮志芳等[16]通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)分別顯示了光子準(zhǔn)晶體中存在的負(fù)折射效應(yīng)。人們對(duì)于光子準(zhǔn)晶體的興趣推動(dòng)了聲子準(zhǔn)晶體中類似現(xiàn)象

2、的研究。張向東[17]通過數(shù)值模擬演示了在高對(duì)稱聲子準(zhǔn)晶體中存在負(fù)折射聚焦效應(yīng)。由于布洛赫理論的局限性，彈性波經(jīng)過聲子準(zhǔn)晶體的特征不能夠通過帶結(jié)構(gòu)的等頻色散面來分析，因此在理論上只能進(jìn)行數(shù)值模擬，應(yīng)當(dāng)通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證數(shù)值模擬的正確性。　　但是據(jù)我們所知，聲子準(zhǔn)晶體負(fù)折射效應(yīng)在實(shí)驗(yàn)上還是空白。基于此，本文在這方面做了一些工作：從實(shí)驗(yàn)上對(duì)二維8次對(duì)稱聲子準(zhǔn)晶體的成像及折射率進(jìn)行分析，從而清晰的展示該體系中的負(fù)折射聚焦效應(yīng)?！　　　?實(shí)驗(yàn)測(cè)量和分析　　　　本實(shí)驗(yàn)中所用的聲子準(zhǔn)晶體樣品是由直徑1mm的鋼柱按8次對(duì)稱準(zhǔn)晶排列浸沒于水介質(zhì)中形成的,最近鄰的兩個(gè)鋼柱之間的距離為a＝1.8mm，

3、樣品厚度為12.5mm(約7a)，寬度約41a)。實(shí)驗(yàn)基于著名的超聲透射掃描系統(tǒng)[18]。實(shí)驗(yàn)用的主要儀器是通用公司的超聲設(shè)備（Panametrics公司生產(chǎn)的LSC超聲掃描系統(tǒng)），給出了具體的實(shí)驗(yàn)裝置，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程都是在水中進(jìn)行的。脈沖信號(hào)發(fā)生接收儀（Panametricsmodel5800PR）產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)時(shí)間很短的脈沖，由水浸聚焦探頭將該脈沖轉(zhuǎn)化為聲波輸出。水浸聚焦探頭的中心頻率為0.5MHz，焦點(diǎn)處形成的焦斑直徑約為3mm，相對(duì)于實(shí)驗(yàn)中聲子準(zhǔn)晶體樣品的尺寸可視為點(diǎn)聲源。樣品下表面距離聚焦探頭焦點(diǎn)8mm(約4.5a)，透過樣品的信號(hào)由直徑約為的微型探頭（Pinducer）

4、來接收。通過軟件將接收到的時(shí)域信號(hào)經(jīng)過快速傅立葉變換（FFT）轉(zhuǎn)換至頻域，使Pinducer在探測(cè)平面內(nèi)的每一點(diǎn)都表示各頻率點(diǎn)振幅的疊加。對(duì)應(yīng)于本實(shí)驗(yàn)中樣品，我們確定頻率為0.29MHz的聲波經(jīng)過8次對(duì)稱聲子準(zhǔn)晶體會(huì)產(chǎn)生負(fù)折射效應(yīng)。在與準(zhǔn)晶表面平行的平面上（即XY平面）測(cè)量的壓力聲場(chǎng)。分別描述了在距準(zhǔn)晶表面6a處，點(diǎn)源在頻率為時(shí)，聲波不經(jīng)過和經(jīng)過樣品形成的場(chǎng)圖。從圖2中可以清楚的看到：沒有樣品存在時(shí)點(diǎn)源發(fā)射出的聲場(chǎng)在XY平面內(nèi)是呈圓形分布的，而經(jīng)過準(zhǔn)晶樣品時(shí)，其聲場(chǎng)分布變成了如圖所示的沿X方向壓縮的橢圓形。中間主要焦斑沿X方向的長(zhǎng)度約為原點(diǎn)源沿此方向長(zhǎng)度的三分之一，這證實(shí)了該準(zhǔn)

5、晶樣品具有負(fù)折射效應(yīng)。為了進(jìn)一步顯示負(fù)折射成像效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)中也測(cè)量了與準(zhǔn)晶樣品表面垂直的平面上（即平面）頻率為0.29MHz的聲場(chǎng)壓力。從圖上能清楚看出在該頻率沿Z軸方向確實(shí)有能量的聚焦效應(yīng)。同時(shí)，圖4給出了聲波經(jīng)過樣品后在頻率點(diǎn)0.29MHz下沿Z軸方向的分布曲線，同樣可明顯看到有最大強(qiáng)度點(diǎn)存在。（fm的探頭作為接收探頭。入射角為θi=9.35°，通過測(cè)量給定頻率點(diǎn)（0.29MHz）放置樣品前后透射壓力場(chǎng)中心位置的偏移來測(cè)量準(zhǔn)晶樣品的折射率。圖6給出了在0.29MHz時(shí)入射波束和出射波束的壓力場(chǎng)分布?！　「鶕?jù)Snell定律：折射率│n│=sinθ

6、i/sinθr，又由圖5知：Δd=L(tanθi+tanθr)cosθ其中L表示聲子晶體的厚度，θi表示入射角度，θr表示折射角度?！　膱D6中，我們能得到Δd=5.01mm，而且出射波束的確在入射波束的左側(cè)，再由測(cè)量到的聲波束偏移量，可得到負(fù)折射率n≈-0.69?！　×硗猓鶕?jù)近軸近似理論[9]，點(diǎn)源和成像中心區(qū)的距離ΔS能夠?qū)懽?Delta;S=(1+1/│n│)L，這提供了另外一種獲得折射率的方法。在本實(shí)驗(yàn)中，ΔS是31.5mm(17.5a)

7、，聲子準(zhǔn)晶體的厚度是12.5mm，所以負(fù)折射率n≈-0.66。　　這兩種方法得到的折射率近似一致，進(jìn)一步證實(shí)了二維8次對(duì)稱準(zhǔn)晶樣品的負(fù)折射效應(yīng)。網(wǎng)為你提供優(yōu)質(zhì)的碩士代寫服務(wù)，如有業(yè)務(wù)需求請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站客服人員　　　　2結(jié)論　　　　本文通過實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了二維8次對(duì)稱準(zhǔn)晶樣品的負(fù)折射聚焦成像，并測(cè)量分析了該樣品的折射率。通過聲子準(zhǔn)晶體的透射聲場(chǎng)聚焦成像實(shí)驗(yàn)與聲子準(zhǔn)晶體的負(fù)折射率測(cè)量實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了二維聲子準(zhǔn)晶體與二維聲子晶體一樣具有負(fù)折射效應(yīng)，進(jìn)一步驗(yàn)證了文獻(xiàn)[17]的理論工作，同時(shí)為聲子準(zhǔn)晶體