二維聲子晶體寬帶隙和缺陷態(tài)的研究.pdf

1、聲子晶體是在對電子在天然晶體和超晶格中的運動，以及電磁波在光子晶體中傳播的研究基礎(chǔ)上提出的新概念。對聲子晶體的研究有著豐富的物理意義和廣闊的應(yīng)用前景。本文運用時域有限差分法(FDTD)對二維固/液聲子晶體進行了理論計算，研究了二組元、三組元，以及它們的組合結(jié)構(gòu)的帶隙特征和缺陷對帶隙的調(diào)節(jié)作用，具體內(nèi)容如下： 首先，把光子晶體研究中使用的時域有限差分法推廣到聲子晶體研究中，在彈性波理論的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地推導(dǎo)了二維聲子晶體時域有限差分

2、法。 其次，研究了固/液二組元正方形排列聲子晶體完整體系和缺陷體系的帶結(jié)構(gòu)，以及組分材料物性參數(shù)對帶隙的影響。發(fā)現(xiàn)：聲子晶體最低帶隙結(jié)構(gòu)與組分材料物性參數(shù)及其填充率密切相關(guān)，基體的λ值和散射體與基體的密度比越大，最低帶隙就越寬；若在聲子晶體中引入適當(dāng)?shù)狞c缺陷，原完整結(jié)構(gòu)的最低帶隙中可能出現(xiàn)缺陷態(tài)，缺陷態(tài)的頻率受缺陷柱的大小、位置、材料屬性調(diào)節(jié)，并且這些缺陷態(tài)都是局域化的。 再次，研究了三組元橡膠/鐵/水包層體系的帶結(jié)構(gòu)，

3、發(fā)現(xiàn)：包層體系較鐵/水二組元體系更容易得到寬的低頻帶隙，且低頻帶隙寬度與包層圓柱的填充率和包層的厚度密切相關(guān)，較大的填充率和較大的包層厚度會導(dǎo)致較寬的低頻帶隙，這種變化主要體現(xiàn)為低頻帶隙的高頻邊沿變化，而低頻邊沿變化很??；包層體系中引入空腔線缺陷后，在原完整結(jié)構(gòu)的最低帶隙中會出現(xiàn)缺陷帶，缺陷帶的頻率與線缺陷的寬度密切相關(guān)，線缺陷越寬，缺陷帶越大。 最后，研究了鐵/水、橡膠/鐵/水的組合結(jié)構(gòu)帶隙，發(fā)現(xiàn)：組合結(jié)構(gòu)的帶隙明顯具有其分結(jié)