本發(fā)明涉及聲子晶體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聲波傳導(dǎo)介質(zhì)及聲斜入射全反射的實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

聲子晶體是由材料參數(shù)不同的彈性媒質(zhì)周期性排列組成的人工復(fù)合材料。狄拉克點(diǎn)是在石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)中導(dǎo)帶和價(jià)帶相交于布里淵區(qū)的六個(gè)點(diǎn)，并且在這些交點(diǎn)附近能帶是線性分布的，這些特殊的點(diǎn)被稱(chēng)之為狄拉克點(diǎn)。

最近這些年，超材料這方面一直引領(lǐng)著材料的潮流。超材料通常是按一定規(guī)律排布的散射體或者通孔構(gòu)成的一種新的人工合成材料，可以得到自然材料所不具備的一些特性，比如負(fù)折射率和近零折射率等。超表面結(jié)構(gòu)就是二維的周期性亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，它是由很多小散射體或者孔組成的平面結(jié)構(gòu)，在很多應(yīng)用中，超表面可以達(dá)到超材料的效果。

以往研究有關(guān)聲子晶體狄拉克點(diǎn)的聲波入射主要都是以垂直聲子晶體的角度進(jìn)行入射，傾斜入射也只是偏聲子晶體的微小的角度。對(duì)于大角度的斜入射一般會(huì)發(fā)生很強(qiáng)的散射現(xiàn)象，得不到很好的現(xiàn)象。因此，如何時(shí)聲波傾斜入射聲子晶體后，聲波可以進(jìn)行全反射也是一種研究方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種聲波傳導(dǎo)介質(zhì)及聲斜入射全反射的實(shí)現(xiàn)方法，本發(fā)明提供的聲波傳導(dǎo)介質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)聲波大角度入射后保持原來(lái)的波形全反射。

本發(fā)明提供了一種聲波傳導(dǎo)介質(zhì)，包括聲子晶體和設(shè)置在聲子晶體后表面的超表面結(jié)構(gòu)，其中，所述聲子晶體由正方體橡膠在水中周期性排列組成，所述橡膠的密度為1300kg/m³；所述超表面結(jié)構(gòu)的相位變化為π/2。

一個(gè)實(shí)施例中，還包括設(shè)置在超表面結(jié)構(gòu)表面的金屬板。

其中，所述橡膠的波速為489.89m/s。

其中，所述正方體橡膠的邊長(zhǎng)為0.315a，其中，a為晶格常數(shù)。

一個(gè)實(shí)施例中，所述超表面結(jié)構(gòu)由折射率為1.333的第一材料、折射率為2.083的第二材料、折射率為1.833的第三材料和折射率為1.583的第四材料按照相位相差π/2的規(guī)律排列組合而成。

一個(gè)實(shí)施例中，所述超表面結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在第一材料、第二材料、第三材料和第四材料之間的第五材料，所述第五材料的折射率為1.119。

一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬板為鋁板。

本發(fā)明提供了一種聲斜入射全反射的實(shí)現(xiàn)方法，包括：

將聲波以8.5°角斜入射到上述技術(shù)方案所述的聲波傳導(dǎo)介質(zhì)中。

本發(fā)明提供的聲波傳導(dǎo)介質(zhì)包括聲子晶體和設(shè)置在聲子晶體后表面的超表面結(jié)構(gòu)，其中，所述聲子晶體由正方體橡膠在水中周期性排列組成，所述橡膠的密度為1300kg/m³；所述超表面結(jié)構(gòu)的相位變化為π/2。所述聲子晶體中，水為基體，其密度ρ0＝1000kg/m³、波速v0＝1490m/s；正方體橡膠為散射體，其密度ρ1＝1300kg/m³，波速v1＝489.89m/s。該聲子晶體模型在xm方向具有固定的狄拉克點(diǎn)。其中，當(dāng)橡膠為正方體柱，其長(zhǎng)邊長(zhǎng)為r＝0.315a，產(chǎn)生一個(gè)約化頻率wd＝0.8167(2πv0/a)的狄拉克點(diǎn)，該狄拉克點(diǎn)頻率在其他位置都為禁帶。所述超表面結(jié)構(gòu)的相位變化為π/2，能夠使聲波保持原來(lái)的波形反射。當(dāng)聲波以8.5°角度入射到本發(fā)明提供的聲波傳導(dǎo)介質(zhì)中時(shí)，該聲波不發(fā)生散射也不發(fā)生透射，只能夠發(fā)生全反射。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1提供的聲子晶體的單胞模型；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1提供的聲子晶體的二維能帶圖；

圖3是本發(fā)明提供的聲波傳導(dǎo)介質(zhì)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例1提供的超表面結(jié)構(gòu)超胞結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1提供的超表面結(jié)構(gòu)及鋁板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明模擬聲波以8.5°斜入射到厚度l＝13a的聲子晶體前后的場(chǎng)圖；

圖7為本發(fā)明聲波以8.5°斜入射到聲波傳導(dǎo)介質(zhì)中的場(chǎng)圖。

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的聲波傳導(dǎo)介質(zhì)及聲斜入射全反射的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行詳細(xì)地描述，但不能將它們理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。

實(shí)施例1

將長(zhǎng)方體橡膠在水中周期性排列形成聲子晶體，所述橡膠的密度為1300kg/m³，波速為489.89m/s，正方體柱的邊長(zhǎng)r＝0.315a。

參見(jiàn)圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例1提供的聲子晶體的單胞模型，該聲子晶體為二維固液正方晶格體系，其晶格常數(shù)a為1。

對(duì)上述聲子晶體進(jìn)行分析，結(jié)果參見(jiàn)圖2，圖2為本發(fā)明實(shí)施例1提供的聲子晶體的二維能帶圖，由圖2可知，可以看出在xm方向，約化頻率wd＝0.8167(2πv0/a)存在一個(gè)狄拉克點(diǎn)，且其他方向上均是禁帶。

在聲子晶體后表面設(shè)置超表面結(jié)構(gòu)，并在超表面結(jié)構(gòu)表面設(shè)置鋁板，參見(jiàn)圖3、圖4和圖5，圖3是本發(fā)明提供的聲波傳導(dǎo)介質(zhì)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1為聲子晶體，2為超表面結(jié)構(gòu)，3為鋁板；圖4是本發(fā)明實(shí)施例1提供的超表面結(jié)構(gòu)超胞結(jié)構(gòu)示意圖，其中，n1為折射率為1.333的水、n2為折射率為2.083的第二材料、n3為折射率為1.833的第三材料，n4為折射率為1.583的第四材料，h為厚度，m為超胞含有狹縫數(shù)量，w為縫寬，p為相鄰縫的間距，超胞的周期尺寸為d＝m(w+p)；圖5為本發(fā)明實(shí)施例1提供的超表面結(jié)構(gòu)級(jí)鋁板的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，n1為折射率為1.333的水、n2為折射率為2.083的第二材料、n3為折射率為1.833的第三材料，n4為折射率為1.583的第四材料，n5為折射率為1.119的橡膠，n6為折射率為2.730的鋁板。水、第二材料、第三材料和第四材料之間的相位依次相差π/2，水、第二材料、第三材料和第四材料之間由塑料填充，形成超表面結(jié)構(gòu)。水、第二材料、第三材料、第四材料、塑料和鋁板的阻抗與聲子晶體中水的阻抗相同。

本發(fā)明模擬聲波以8.5°斜入射到聲子晶體及聲波傳導(dǎo)介質(zhì)，參見(jiàn)圖6和圖7，圖6為本發(fā)明模擬聲波以8.5°斜入射到厚度l＝13a的聲子晶體前后的場(chǎng)圖，圖7為本發(fā)明聲波以8.5°斜入射到聲波傳導(dǎo)介質(zhì)中的場(chǎng)圖，其中，聲子晶體厚度l＝13a。由圖5和圖6可知，聲波以8.5°斜入射到聲波傳導(dǎo)介質(zhì)中保持原來(lái)波形發(fā)生了全反射。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種聲波傳導(dǎo)介質(zhì)，包括聲子晶體和設(shè)置在聲子晶體后表面的超表面結(jié)構(gòu)，其中，所述聲子晶體由正方體橡膠在水中周期性排列組成，所述橡膠的密度為1300kg/m3；所述超表面結(jié)構(gòu)的相位變化為π/2。本發(fā)明提供了一種聲斜入射全反射的實(shí)現(xiàn)方法，包括：將聲波以8.5°角斜入射到上述技術(shù)方案所述的聲波傳導(dǎo)介質(zhì)中。當(dāng)聲波以8.5°角度入射到本發(fā)明提供的聲波傳導(dǎo)介質(zhì)中時(shí)，該聲波不發(fā)生散射也不發(fā)生透射，能夠保持原波形發(fā)生全反射。

技術(shù)研發(fā)人員：吳福根;張文強(qiáng);張欣;姚源衛(wèi);韓理想;李京波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.21
技術(shù)公布日：2017.07.25