【摘 要】
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近些年,声通信、声学探测在特殊场合下需求强劲、发展迅猛,但也带来一些掣肘:声波通信器件中传统的声学材料特性限制了调控声波的方式。现如今拓扑材料在声学集成器件中的应用取得了巨大的发展,也成为众多研究者的聚焦点。其主要得益于拓扑材料中多样的色散关系以及奇异特性,通过有目的的设计人工晶体能带结构,实现了声波在人工晶体中高局域、宽带、多频段以及低损耗的能量传播,无疑在生产制造还是基础研究等方面都拥有更多方
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近些年,声通信、声学探测在特殊场合下需求强劲、发展迅猛,但也带来一些掣肘:声波通信器件中传统的声学材料特性限制了调控声波的方式。现如今拓扑材料在声学集成器件中的应用取得了巨大的发展,也成为众多研究者的聚焦点。其主要得益于拓扑材料中多样的色散关系以及奇异特性,通过有目的的设计人工晶体能带结构,实现了声波在人工晶体中高局域、宽带、多频段以及低损耗的能量传播,无疑在生产制造还是基础研究等方面都拥有更多方式来调控声波。本文基于二维的拓扑声子晶体结构设计了可实现宽带和双频段的两类声波通信器件,利用k﹒p微扰理论的分析方法,实现声波在空气中抑制背向散射的单向传播,且模拟验证了设计的拓扑声子晶体具有强鲁棒性。具体内容如下:1)提出一种由两种人工原子组成的六角晶格形式的复合型声子晶体结构。利用复合型结构器件达到宽带的目的（相对带宽为22%）,数值仿真得到了声子晶体的能带,即色散关系。通过调整相邻原子的面积使简并破缺,改变相对位置产生能带反转,实现拓扑相变。在此基础上,结合两种不同拓扑态结构,模拟出具有赝自旋相关的边界态。最后验证了此边界态具有背向散射抑制及单向传输特点。2)提出一种类石墨烯蜂窝状的二维声子晶体结构器件。它以空气作为基体,声学刚性材料为散射体,在布里渊区的K点同时存在两个线性的狄拉克简并点,即提高了声通信的通道,又实现双频段的拓扑声谷态传输。并利用有限元仿真软件计算得到二维蜂窝状声子晶体的能带,结合两种不同拓扑结构构造的边界态,具有抑制背向散射特性和较好的鲁棒性,进一步探究了边界态抗急弯、缺陷等优势。最后,因边界态具有单向传输的特性,实现了双频段的分束器功能。
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