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《聲子晶體研究概述》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、3642003年第4期（34）卷＊聲子晶體研究概述溫激鴻，韓小云，王剛，趙宏剛，劉耀宗（國防科技大學(xué)三院機電工程研究所光子/聲子晶體研究中心，湖南長沙410073）摘要：聲子晶體是一種新型的聲學(xué)功能材料，對聲子晶體的聲子晶體同光子晶體有著相似的基本特征：當(dāng)彈性波頻率研究引起了各國研究機構(gòu)的極大關(guān)注。文章介紹了聲子晶體的落在禁帶范圍內(nèi)時，彈性波被禁止傳播；當(dāng)存在點缺陷或線缺陷概念及基本特征，闡述了聲子晶體禁帶機理及聲子晶體的各種時，彈性波會被局域在點缺陷處，或只能沿線缺陷傳播。同樣，潛在應(yīng)用領(lǐng)域，最后對聲子晶體的研究發(fā)展作了展望。通過對
2、聲子晶體周期結(jié)構(gòu)及其缺陷的設(shè)計，可以人為地調(diào)控彈關(guān)鍵詞：聲子晶體；彈性波禁帶；減振降噪性波的流動。中圖分類號：0734文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A彈性波是由縱波和橫波耦合的全矢量波，在每個組元中具文章編號：1001-9731（2003）04-0364-04有3個獨立的彈性參數(shù)，即質(zhì)量密度P、縱波波速Ci和橫波波速1引言C（t在流體介質(zhì)中Ct=0）；光波是一種標(biāo)量波，在每個組元中只有一個獨立的彈性參數(shù)即介電常數(shù)。因此，對聲子晶體的研究半導(dǎo)體的原子勢場呈周期性排列。電子在半導(dǎo)體中傳播比對光子晶體的研究具有更豐富的物理內(nèi)涵。表1列出了（電時，電子與原子周
3、期勢場相互作用使得半導(dǎo)體具有電子禁帶，能子）晶體、光子晶體及聲子晶體的有關(guān)特性比較，從表中可以看夠操控電子的流動。以硅晶體為代表的半導(dǎo)體帶來了一次科學(xué)出三者具有驚人的相似之處，（電子）晶體、光子晶體的一些研技術(shù)革命。隨著晶體管、集成電路、大規(guī)模集成電路甚至超大規(guī)［7］究方法對聲子晶體的研究有一定的指導(dǎo)作用。模集成電路的開發(fā)利用，半導(dǎo)體技術(shù)對人類文明的進(jìn)步產(chǎn)生了表13類晶體波帶結(jié)構(gòu)特性比較［1，2］深遠(yuǎn)的影響。Tabie1Band-structure-reiatedpropertiesofthreecrystais十幾年前，人們開始觸及
4、對結(jié)構(gòu)功能材料光學(xué)特性的研究。（電子）晶體光子晶體聲子晶體理論和實驗證明，如果結(jié)構(gòu)功能材料中的介電常數(shù)在光波長尺度上周期性變化，光子與周期結(jié)構(gòu)相互作用，會使得該材料具有由兩種（或以上）由兩種（或以上）結(jié)晶體屬性介電材料構(gòu)成的彈性材料構(gòu)成的類似半導(dǎo)體中電子禁帶的能帶結(jié)構(gòu)，稱之為光子禁帶（或稱光（自然的或生長的）功能材料功能材料子帶隙）。具有光子禁帶的周期性電介質(zhì)結(jié)構(gòu)功能材料稱為光各組元的質(zhì)量子晶體（photoniccrystais）。光子能量落在光子禁帶中的光波不各組元的介電常參量普適常數(shù)，原子數(shù)密度、聲波波速能在光子晶體中傳播。當(dāng)光子
5、晶體中存在（或引入）點缺陷或數(shù)Ci，Ct線缺陷時，則禁帶內(nèi)的光波將被局域在點缺陷內(nèi)或只能沿線缺波的形式德布羅意波（電子）電磁波（光子）彈性波陷傳播。通過對光子晶體周期結(jié)構(gòu)及其缺陷的設(shè)計，可以人為地調(diào)控光子的流動［3~5］。橫波與縱波的V·D=01987年，由E.Yabionovithch和S.John兩人分別獨立提出偏振自旋1，I橫波耦合波（V·U；0；（V·E；0）［4，5］VXU；=0）光子晶體概念。1991年，Yabionovitch通過實驗驗證了微波波段光子禁帶的存在。隨后光子晶體迅速成為光電子以及信息薛定諤方程麥克斯韋方程組
6、彈性波波動方程-hV2I+1IV2E-V（VgE）=（/+2A）V（Vgu）技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點。波動方程2mS（r）a2E-AVXVXu隨后，人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)彈性波在周期性彈性復(fù)合介質(zhì)中傳播時，aI=ihc2at2+PG2u=0也會產(chǎn)生類似的彈性波禁帶，于是提出了聲子晶體概念。聲子at晶體具有豐富的物理內(nèi)涵及潛在的廣闊應(yīng)用前景。聲子晶體的隨介電常數(shù)差隨著晶體勢函數(shù)隨質(zhì)量密度差研究引起了各國研究機構(gòu)的高度關(guān)注［6~39］。Sa-Sb的增大帶隙的增加而增大，等的增大而增大，而增大，無光子、2聲子晶體的概念及基本特征無電子態(tài)存在無振動存在光波
7、存在聲子晶體（phononiccrystai）就是具有彈性波禁帶的周期性無線電波、微波、頻率范圍微波和光波彈性波結(jié)構(gòu)功能材料［7］。在聲子晶體內(nèi)部材料組分（或稱為組元）的光波和X射線彈性常數(shù)、質(zhì)量密度等參數(shù)周期性變化。隨著材料組分搭配的根據(jù)聲子晶體結(jié)構(gòu)在迪卡爾坐標(biāo)系中3個正交方向上的周不同，周期結(jié)構(gòu)形式的不同，聲子晶體的彈性波禁帶特性也就不期性，可以將聲子晶體分為一維、二維、三維聲子晶體。學(xué)者們同。已經(jīng)對一些特定結(jié)構(gòu)的聲子晶體進(jìn)行了研究：一維聲子晶體，一＊基金項目：國家重點研究基礎(chǔ)發(fā)展計劃（973）資助項目（51307）收稿日期：20
8、02-09-06通訊作者：溫激鴻作者簡介：溫激鴻（1971-），男，江蘇常熟人，在讀博士，2001年于國防科技大學(xué)獲工學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)在國防科技大學(xué)三院機電工程研究所，師從溫熙森教授，從事聲子晶體的研究。溫激鴻等：聲子晶體
