本发明涉及声学器件技术领域，特别是涉及一种声子晶体。本发明还涉及一种声学设备。
背景技术：
PT对称即宇称-时间对称，在声学领域，PT对称是指弹性波函数在宇称变换和时间反演变换下仍具有对称性。其中，宇称变换(Parity)即空间反演变换，函数在宇称变换下具有对称性，可表示为函数在算符作用下，有函数在时间反演变换(Time)下满足对称性，可表示为函数在算符作用下，有i→-i。函数若满足PT对称则U(x)＝U*(-x)，可见对于弹性波函数若满足PT对称，需要拓展虚部。
现有技术中，针对声子晶体的研究主要在声学参数实部领域展开，比如，研究声子晶体的能带结构，研究其存在的禁带或者缺陷带以引导声波在晶体中的传播。这类研究中使用的声子晶体，声波从声子晶体左侧入射和从声子晶体右侧入射表现出的声学特性是一致的。
鉴于此，为了利用声波的PT对称性，为了拓展声子晶体的研究范围以及应用范围，将声子晶体的研究拓展到声学参数虚部领域，是当前声学领域研究的一个研究方向。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种声子晶体，其声学参数引入了虚部，同一频率声波从晶体左侧入射和从晶体右侧入射表现的声学效应不一致，有助于拓展声子晶体的研究范围以及应用范围。本发明还提供一种声学设备。
为实现上述目的，本发明提供一种声子晶体，包括若干以相同方向排列的单胞，所述单胞包括第一晶格、第二晶格、第一散射体和第二散射体；
在所述第一晶格内设置有对声波的传播速度包含正虚部的所述第一散射体，在所述第二晶格内设置有对声波的传播速度包含负虚部的所述第二散射体，声波以在单个单胞内依次经过所述第一晶格、所述第二晶格或者依次经过所述第二晶格、所述第一晶格的方向传播入所述声子晶体中。
可选的，所述第一晶格内基体与所述第二晶格内基体相同，所述第一散射体对声波的传播速度与所述第一晶格内基体对声波的传播速度的差值小于预设值，所述第二散射体对声波的传播速度与所述第二晶格内基体对声波的传播速度的差值小于预设值。
可选的，所述第一散射体为与反馈电路系统连接的软性材质，所述第二散射体为与反馈电路系统连接的软性材质，所述反馈电路系统根据反馈的软性材质对声波振幅的损耗情况或者增益情况，控制软性材质对声波振幅的损耗系数或者增益系数。
可选的，所述第一散射体为软橡胶，所述第二散射体为软橡胶。
可选的，所述第一散射体对声波的传播速度为c1＝(1550+387.5i)m/s，所述第二散射体对声波的传播速度为c2＝(1550-387.5i)m/s。
可选的，所述第一晶格以水为基体，所述第二晶格以水为基体。
可选的，所述第一散射体的形状为柱体，竖向设置在所述第一晶格内，所述第二散射体的形状为柱体，竖向设置在所述第二晶格内，声波以从所述声子晶体一侧正入射到所述声子晶体。
可选的，所述第一散射体的形状为圆柱体，竖向设置在所述第一晶格内，所述第二散射体的形状为圆柱体，竖向设置在所述第二晶格内，声波以从所述声子晶体一侧正入射到所述声子晶体。
可选的，所述第一晶格和所述第二晶格的晶格常数为a，所述第一散射体和所述第二散射体的半径都为0.3a。
由上述技术方案可知，本发明所提供的声子晶体，包括若干以相同方向排列的单胞，所述单胞包括第一晶格、第二晶格、第一散射体和第二散射体，其中在第一晶格内设置有对声波的传播速度包含正虚部的第一散射体，第一散射体对声波振幅具有损耗作用，在第二晶格内设置有对声波的传播速度包含负虚部的第二散射体，第二散射体对声波振幅具有增益作用，声波以在单个单胞内依次经过第一晶格和第二晶格或者依次经过第二晶格和第一晶格的方向传播入声子晶体。
本发明提供的声子晶体，其声学参数引入了虚部，其单胞包含的晶格对声波的传播速度具有非对称性，能够使同一频率声波从晶体左侧入射和从晶体右侧入射表现的声学效应不一致，能够拓展声子晶体的研究范围以及应用范围。
本发明还提供一种声学设备，包括以上所述的声子晶体，能够达到上述有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种声子晶体中单胞的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种声子晶体的示意图；
图3(a)为归一化频率为ω1＝0.555的声波从左侧入射到声子晶体的绝对声压图(声压经过归一化处理)；
图3(b)为归一化频率为ω1＝0.555的声波从右侧入射到声子晶体的绝对声压图(声压经过归一化处理)；
图4(a)为归一化频率为ω2＝0.475的声波从左侧入射到声子晶体的绝对声压图(声压经过归一化处理)；
图4(b)为归一化频率为ω2＝0.475的声波从右侧入射到声子晶体的绝对声压图(声压经过归一化处理)；
图5为分别从晶体左侧入射和从晶体右侧入射时反射系数随声波频率的变化曲线；
图6为分别从晶体左侧入射和从晶体右侧入射时透射系数随声波频率的变化曲线；
图7为分别从晶体左侧入射和从晶体右侧入射时反射波以及透射波的相位图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种声子晶体，包括若干以相同方向排列的单胞，所述单胞包括第一晶格、第二晶格、第一散射体和第二散射体；
在所述第一晶格内设置有对声波的传播速度包含正虚部的所述第一散射体，在所述第二晶格内设置有对声波的传播速度包含负虚部的所述第二散射体，声波以在单个单胞内依次经过所述第一晶格、所述第二晶格或者依次经过所述第二晶格、所述第一晶格的方向传播入所述声子晶体中。
其中，若干单胞以相同方向排列是指排列的各单胞内第一晶格和第二晶格的排列顺序相同，具体为，排列的各单胞都是按照第一晶格、第二晶格从左到右顺序排列，或者各单胞都是按照第一晶格、第二晶格从右到左顺序排列。
散射体对声波的传播速度包含虚部用于表示散射体对声波振幅的增益程度或者损耗程度。本声子晶体中，位于第一晶格内的第一散射体对声波的传播速度包含正虚部，第一散射体对声波振幅具有损耗作用；位于第二晶格内的第二散射体对声波的传播速度包含负虚部，第二散射体对声波振幅具有增益作用。
在声波传播过程中，声波以在单个单胞内依次经过第一晶格和第二晶格或者依次经过第二晶格和第一晶格的方向传播入晶体，单胞中排列的晶格对声波的传播速度具有非对称性，第一散射体对声波的传播速度包含正虚部，对声波振幅具有损耗作用，而第二散射体对声波的传播速度包含负虚部，对声波振幅具有增益作用，同一频率声波从晶体左侧入射或者从晶体右侧入射表现出不同的声学特性。因此本实施例声子晶体，将声子晶体的研究拓展到声学参数虚部领域，同一频率声波从晶体左侧入射和从晶体右侧入射表现的声学效应不一致，有助于拓展声子晶体的研究范围以及应用范围。
下面结合具体实施方式对本实施例声子晶体进行详细说明。
本实施例提供的一种声子晶体，包括若干单胞。请参考图1和图2，图1为本实施例提供的一种声子晶体中单胞的示意图，图2为本实施例提供的一种声子晶体的示意图。由图可知，所述单胞包括第一晶格100、第二晶格200、第一散射体101和第二散射体201。
其中，第一散射体101设置在第一晶格100内，第一散射体101具有确定的密度和声波传播速度，具体对声波的传播速度包含正虚部，对声波振幅具有损耗作用。第二散射体201设置在第二晶格200内，第二散射体201具有确定的密度和声波传播速度，具体对声波的传播速度包含正虚部，对声波振幅具有损耗作用。
所述晶格以预设介质为基体，基体具有确定的密度和声波传播速度。可选的，晶格基体可以是液体介质，示例性的，基体可以是水，但不限于此，晶格基体也可以采用其它液体介质，也都在本发明保护范围内。可选的，晶格基体也可以采用其它形态介质，也都在本发明保护范围内。
在优选实施方式中，所述第一晶格100内基体与所述第二晶格200内基体相同，所述第一散射体101对声波的传播速度与所述第一晶格100内基体对声波的传播速度的差值小于预设值，所述第二散射体201对声波的传播速度与所述第二晶格200内基体对声波的传播速度的差值小于预设值。所述预设值为较小数值，表示第一散射体101对声波的传播速度与第一晶格100内基体对声波的传播速度接近，第二散射体201对声波的传播速度与第二晶格200内基体对声波的传播速度接近，有助于第一散射体101较好地表现对声波振幅的损耗作用，第二散射体201较好地表现出对声波振幅的增益作用，以较好地调整声波在晶体内的传输特性。
在具体实施时，所述第一散射体101为与反馈电路系统连接的软性材质，所述第二散射体201为与反馈电路系统连接的软性材质，所述反馈电路系统根据反馈的软性材质对声波振幅的损耗情况或者增益情况，控制软性材质对声波振幅的损耗系数或者增益系数。本实施例中第一散射体101、第二散射体201能够通过反馈电路系统调节软性材质散射体对声波的增益程度或者损耗程度。
可选的，第一散射体101可以是软橡胶，第二散射体201可以是软橡胶。但不限于此，在其它实施方式中第一散射体和第二散射体也可以采用其它软性材质，也都在本发明保护范围内。
在具体实施时，对第一散射体101、第二散射体201的形状并不做限定。可选的，所述第一散射体101的形状为柱体，竖向设置在所述第一晶格100内，所述第二散射体201的形状为柱体，竖向设置在所述第二晶格200内，声波以从声子晶体一侧正入射到声子晶体。示例性的，第一散射体的形状可以是圆柱体或者为其它柱体形状，第二散射体的形状可以是圆柱体，或者为其它柱体形状，也都在本发明保护范围内。
在一种具体实例中，第一散射体101的形状为圆柱体，竖向设置在第一晶格100内，第二散射体201的形状为圆柱体，竖向设置在第二晶格200内。具体的，所述第一晶格100和所述第二晶格200的晶格常数为a，所述第一散射体101和所述第二散射体201的半径都为0.3a。其中，第一晶格100和第二晶格200都以水为基体，密度为ρ0＝1000kg/m3，c0＝1490m/s。第一散射体和第二散射体都为软橡胶，软橡胶的密度为ρ＝950kg/m3，第一散射体对声波的传播速度为c1＝(1550+387.5i)m/s，第二散射体对声波的传播速度为c2＝(1550-387.5i)m/s。本具体实例中声子晶体的长度为L＝8a。
本具体实例提供的声子晶体，同一频率声波从晶体左侧入射和从晶体右侧入射表现出的声学特性不一致，当声波从声子晶体左侧入射和从声子晶体右侧入射时，一侧表现出明显的反射现象，另一侧无反射。
请参考图3(a)和图3(b)，图3(a)表示归一化频率为ω1＝0.555的声波从左侧入射到声子晶体的绝对声压图(声压经过归一化处理)，图3(b)表示归一化频率为ω1＝0.555的声波从右侧入射到声子晶体的绝对声压图(声压经过归一化处理)。可以看出，归一化频率为ω1＝0.555的声波从左侧入射到声子晶体时，没有明显的反射现象；而相同频率声波从右侧入射到声子晶体时，表现出强烈的反射现象。
请参考图4(a)和图4(b)，图4(a)表示归一化频率为ω2＝0.475的声波从左侧入射到声子晶体的绝对声压图(声压经过归一化处理)，图4(b)表示归一化频率为ω2＝0.475的声波从右侧入射到声子晶体的绝对声压图(声压经过归一化处理)。可以看出，归一化频率为ω2＝0.475的声波从左侧入射到声子晶体时，有明显的反射现象；而相同频率声波从右侧入射到声子晶体时，没有表现出反射现象。
请参考图5，图5表示分别从晶体左侧入射和从晶体右侧入射时反射系数随声波频率的变化曲线，其中实线表示声波从晶体左侧入射反射系数随声波频率的变化曲线，虚线表示声波从晶体右侧入射反射系数随声波频率的变化曲线。可以看出，在对应声波从晶体左侧入射的曲线中在频率ω1＝0.555处反射系数接近于0，表明无明显的反射现象；在对应声波从晶体右侧入射的曲线中在频率ω2＝0.475处反射系数接近于0，表明无明显的反射现象，这与上述说明的声压图表现一致。
请参考图6，图6为分别从晶体左侧入射和从晶体右侧入射时透射系数随声波频率的变化曲线，两种情况的透射系数相同重叠。在对应声波从晶体左侧入射的曲线中在频率ω1＝0.555处透射系数为1，在对应声波从晶体右侧入射的曲线中在频率ω2＝0.475处透射系数为1。
请参考图7，图7为分别从晶体左侧入射和从晶体右侧入射时反射波以及透射波的相位图，其中，实线表示透射波的相位图，点划线表示从晶体左侧入射时反射波的相位图，虚线表示从晶体右侧入射时反射波的相位图。可以看出，反射波与透射波的相位总是相差π/2，而从晶体左侧入射时反射波相位在ω1＝0.555处突变了一个π相位，从晶体右侧入射时反射波相位在ω2＝0.475处也突变了一个π相位。
本实施例声子晶体，能实现单向传输无反射的特性，同时在无反射对应的特殊频率点处，透射系数为1，透射效果好。本实施例声子晶体实现的非对称特性补充了声学材料的研究方向，也可应用于新颖的声学器件制造。
相应的，本发明实施例还提供一种声学设备，包括以上所述的声子晶体。
本实施例声学设备中，包括的声子晶体声学参数引入了虚部，其单胞包含的晶格对声波的传播速度具有非对称性，能够使同一频率声波从晶体左侧入射和从晶体右侧入射表现的声学效应不一致，能够拓展声学设备的研究范围以及应用范围。
以上对本发明所提供的声子晶体及声学设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。