聲子晶體多模波導中的自映像原理及其套用研究

《聲子晶體多模波導中的自映像原理及其套用研究》是依託南昌大學，由於天寶擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：聲子晶體多模波導中的自映像原理及其套用研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：於天寶
• 依託單位：南昌大學

項目摘要

在聲子晶體中人工操控彈性波和聲波，以獲得不同於傳統均質材料的新型聲學材料及功能器件，成為近年來的研究熱點。本項目擬研究聲子晶體波導型多模干涉耦合器的特性及套用。在完整聲子晶體中，引入鄰近的多個線缺陷，選擇恰當的參數構建多模波導或多波導陣列，基於導模傳輸法和耦合模理論，採用平面波展開法和時域有限差分法等計算方法，探討不同入射位置（對稱或反對稱）時，波導系統中的多模干涉效應和自映像原理，以獲得成輸入場的直接像、鏡像、多重像的數值關係，得到彈性波在傳輸方向上的周期性傳輸行為，波導之間的耦合及解耦合特性，及多模區可能出現的一些物理新現象和新特性。基於該種多模波導理論研究的基礎，設計具有優越功能特性的新型聲學功能器件。本項目的研究旨在探索人工聲學材料中的新物理現象，以實現高性能的聲學功能器件，不僅在學術研究方面具有重要的科學意義，在實際工程套用中亦具有潛在的套用價值。

結題摘要

在聲子晶體中人工操控彈性波或聲波，以獲得不同於傳統均質材料的新型聲學材料及功能器件，成為近年來的研究熱點。項目組成員圍繞著計畫任務書中預定的研究內容和目標，開展了聲子晶體波導型多模干涉耦合器的特性及套用的研究，主要研究結果有：（1）恰當地構建了聲子晶體單線缺陷波導，使其能形成有效的寬單模運行區，以將橫波及縱波分開討論。將多個單線缺陷波導平行鄰近放置，構建了多模波導或多波導陣列。基於導模傳輸法和耦合模理論，理論分析了輸入彈性場對稱或反對稱入射時聲子晶體波導系統中的自映像原理，獲得了成輸入場的直接像、鏡像、多重像的數值關係。採用有限元數值計算方法，計算了色散曲線，位移場分布及彈性場的傳輸圖像，得到了彈性波的周期性傳輸行為，驗證了自映像原理依然適用於聲子晶體波導系統。（2）討論了上述波導陣列中波導之間的解耦合特性，由於本徵導模的色散曲線能相交或近於相交，從而實現了簡併和近簡併。原本出現的多個模式相耦合現象因為簡併而出現了解耦合的行為。該解耦合的物理現象可以推廣到任意多個波導之間的耦合，而且解耦合的頻率區域保持不變。解耦合可以使設計的聲學功能器件的結構更微，效率更高。（3）基於多模干涉效應，設計了高效率的新型超微多路聲功分器。在此基礎上，我們緊跟研究熱點和前沿，提出了準周期性聲光子晶體的概念，實現了在準晶結構中對光子及聲子的同時操控，為有效地增強聲光耦合效應提供了一種新結構和有效途徑。 本項目總體取得了比較好的研究成果，超額完成了計畫任務書制定的成果目標，並以此為基礎有了一些新發現。我們對聲子晶體操控聲波或彈性波的物理本質有了新的認識，研究結果不僅在學術研究方面具有重要的科學意義，在新型聲學功能器件及構建聲集成迴路中亦具有潛在的套用價值。相關的研究成果發表SCI期刊論文13篇（其中第一標註8篇），SCI影響因子大於2的論文5篇（2篇Optics Express, 2篇Journal of Physics D: Applied Physics, 1篇Journal of Applied Physics，其中JCR一區論文4篇）。