专利名称：一种测试二维声子晶体带隙的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种测试二维声子晶体方向带隙的装置，属于凝聚态物理领域。
背景技术：
近年来，人们对经典波(包括电磁波和弹性波)在人工周期带隙材料传播特性的 研究产生了浓厚的兴趣。当弹性波或声波在其中传播时，受到周期结构约束形成Bloch波， Bloch波的最大特征是在一定频率范围内能量不能传播或透过(称此频段为带隙或禁带)， 我们称这类周期结构为声子晶体。声子晶体是由两种或两种以上弹性介质按不同晶格周期 排列复合的声带隙功能材料。利用其带隙性质，可设计出全新隔振、降噪材料；利用其缺陷 态性质，还能够设计出滤波器、耦合器、分离器等，所以声子晶体在工程领域有着广泛的应 用前景。对二维固/液声子晶体带隙研究需要实验测试，以便验证理论计算结果。目前，声 子晶体样品研制通常在钢板或铝板上机械钻孔来固定散射体，然后把它们放置于水中组成 复合介质。但是，在金属板上加工精密的孔容易引起它的变形，以致影响声子晶体的周期 性。
实用新型内容本实用新型的目的是为了解决二维固/液声子晶体带隙性质的实验测试，设计一 种容易测试带隙的装置。这种装置能够简单、方便的测试声带隙，还能够测得声子晶体缺陷 态性质。为了实现上述目的，本实用新型提供了一种测试二维声子晶体方向带隙的装置， 其特征在于包括声子晶体样品、包括激励探头和接收探头的浸式直探头、脉冲发生/接收 仪、示波器，所述的声子晶体样品由按晶格排列相互平行的金属柱以及水箱中的水组成，上 述按晶格排列相互平行的金属柱放置在由激光技术在亚克力板上加工的孔中来固定；浸式 直探头的激励探头和接收探头中心固定在一条直线上；激励探头和接收探头对称放入水箱 中，通过导线连接脉冲发生/接收仪，脉冲发生/接收仪通过导线连接示波器。声子晶体样品是由相互平行的金属柱按晶格排列组成。由于亚克力板具有韧性 强、机械加工性好的等特点，在它的上面采用激光加工高精度的孔，这样可保证声子晶体的 严格的周期性。基于超声浸水透射技术，利用本实用新型二维声子晶体带隙的测试装置，实验沿 着声子晶体第一简约布里渊区的r-M和r-K方向测得带隙，带隙频率叠加部分为完全带 隙。以二蜂窝晶格二维钢/水声子晶体为例，它们的实验结果和理论计算能够很好的吻合， 由此可说明研制的二维声子晶体带隙的测试装置性能好、制作简单，实用性强。
图1 (a) 二维蜂窝晶格声子晶体截面图和波沿第一简约布里渊区r -M和r -K方向传播；图1(b)蜂窝晶格第一布里渊区。图2蜂窝晶格亚克力板图。图3(a)是沿r-M方向测试声子晶体的带隙，图3(b)是沿r_K方向测试声子晶 体的带隙。图中1.水箱，2.金属柱，3.激励探头，4.接收探头，5.水，6.脉冲发生/接收仪， 7.示波器。图4(a)为二维蜂窝晶格钢/水声子晶体的能带结构，图4(b)和4(c)分别为二维 蜂窝晶格钢/水声子晶体的r-M和r-K方向的透射频谱。
具体实施方式
参见图3，采用激光技术，在亚克力板上钻蜂窝排列的孔(参见图2)，并且把金属 柱2嵌入孔中构成样品，然后放置该样品在水箱中组成二维钢/水声子晶体样品。实验时， 首先将激励探头3、接收探头4置于水箱1中，并且使两个探头的中心在一条直线上，在进行 测试系统校准；其次，把声子晶体放置在个探头之间；脉冲发生/接收仪6产生的窄脉冲， 加载到激励探头产生纵波，纵波分别沿着第一简约布里渊区的r-M和r-K方向垂直入射 到声子晶体中，使用示波器7记录并显示接收探头获得的响应信号，再对响应信号进行快 速傅立叶变换可得两个方向的透射频谱，所得透射频谱的频率重合范围就是完全带隙。图 (a)是沿r-M方向测试声子晶体的带隙，图(b)是沿r-K方向测试声子晶体的带隙。参见图4，图(a)为二维蜂窝晶格钢/水声子晶体的能带结构，图(b)和(c)分别 为r-M和r-K方向的透射频谱，图中虚线的宽度是实验测得带隙范围。声子晶体计算参 数钢柱为1. 5mm，相邻钢柱中心距离为2. 0mm，填充率为34%。理论计算声子晶体第一完 全禁带的范围为205 277kHz，实验测的试完全禁带是210 285kHz。
权利要求一种测试二维声子晶体方向带隙的装置，其特征在于包括声子晶体样品、包括激励探头和接收探头的浸式直探头、脉冲发生/接收仪、示波器；所述的声子晶体样品由按晶格排列相互平行的金属柱以及水箱中的水组成，上述按晶格排列相互平行的金属柱放置在由激光技术在亚克力板上加工的孔中来固定；浸式直探头的激励探头和接收探头中心固定在一条直线上；激励探头和接收探头对称放入水箱中，通过导线连接脉冲发生/接收仪，脉冲发生/接收仪通过导线连接示波器。
专利摘要本实用新型是一种测试二维声子晶体方向带隙的装置，属于凝聚态物理领域。一种测试二维声子晶体方向带隙的装置，其特征在于包括声子晶体样品、包括激励探头和接收探头的浸式直探头、脉冲发生/接收仪、示波器；所述的声子晶体样品由按晶格排列相互平行的金属柱以及水箱中的水组成，上述按晶格排列相互平行的金属柱放置在由激光技术在亚克力板上加工的孔中来固定；浸式直探头的激励探头和接收探头中心固定在一条直线上；激励探头和接收探头对称放入水箱中，通过导线连接脉冲发生/接收仪，脉冲发生/接收仪通过导线连接示波器。这种装置能够简单、方便的测试声带隙，还能够测得声子晶体缺陷态性质。
文档编号G01N29/46GK201589768SQ20102004699
公开日2010年9月22日 申请日期2010年1月21日 优先权日2010年1月21日
发明者何存富, 吴斌, 赵寰宇, 魏瑞菊 申请人:北京工业大学