声子晶体布拉格散射
声子晶体研究的若干进展
声子晶体研究的若干进展倪青, 程建春（近代声学教育部重点实验室，南京大学声学研究所，南京 210093）1 引言20世纪初半导体材料的出现引发了一场轰轰烈烈的电子工业革命，使我们进入了信息时代。
半导体的原子呈周期性排列，电子在半导体中运动时，电子与原子周期势场相互作用使得半导体具有电子禁带，能够操控电子的流动。
以硅晶体为代表的半导体带来了一次科学技术革命。
随着晶体管、集成电路、大规模集成电路甚至超大规模集成电路的开发运用，半导体技术对人类文明的进步产生了深远的影响。
我们知道，半导体的理论依据是固体电子的能带理论，即电子在周期性势场的作用下会形成价带和导带，带与带之间有能隙。
量子阱、半导体超晶格等模拟实际晶体设计的相关材料与器件的成功应用，使电子能带理论突破了原有天然材料的限制，进入了一个新的阶段。
约二十年前，人们开始触及对结构功能材料光学特性的研究。
理论和实验证明，如果结构功能材料中的介电常数在光波长尺度上周期性变化，光子与周期结构相互作用，会使得该材料具有类似半导体中电子禁带的能带结构，称之为光子禁带。
具有光子禁带的周期性电介质结构功能材料称为光子晶体。
光子能量落在光子禁带中的光波不能在光子晶体中传播，当光子晶体中存在(或引入)点缺陷或线缺陷时，则禁带内的光波将被局域在点缺陷内或只能沿线缺陷传播。
通过对光子晶体周期结构及其缺陷的设计，可以人为地调控光子的流动。
1987年，Yablonovithch和John两人分别独立地提出了光子晶体的概念[1, 2]，Yablonovitch还通过实验验证了微波波段光子禁带的存在[3]。
光子晶体迅速成为光电子以及信息技术领域研究的热点。
随后，人们发现当弹性波在周期性弹性复合介质中传播时，也会产生类似的弹性波禁带，于是提出了声子晶体的概念。
声子晶体具有丰富的物理内涵及潜在的广阔应用前景。
声子晶体的研究引起了各国研究机构的高度关注。
2 声子晶体研究概况2.1 声子晶体概念及基本特征声子晶体是具有不同弹性性质的材料周期复合而成的介质。
布拉格衍射效率公式
布拉格衍射效率公式布拉格衍射是晶体学和光学中的一个重要概念，而布拉格衍射效率公式则是用于描述和计算这一现象的关键工具。
咱先来说说啥是布拉格衍射。
想象一下，有一堆排列整齐的原子或者晶格，就像操场上整齐排列的学生方队。
当一束光打过来的时候，这些原子就像是一个个小镜子，把光反射出去。
但如果这束光的波长和晶格的间距配合得恰到好处，就会发生一种特别的现象，叫做布拉格衍射。
布拉格衍射效率公式就是用来计算这种衍射效果有多强的。
这公式看起来可能有点复杂，一堆符号和数学运算。
但别担心，咱们慢慢捋一捋。
就拿我曾经在实验室里的一次经历来说吧。
那时候我正在研究一种新型的晶体材料，想要搞清楚它的光学特性。
我按照实验步骤，仔细地调整光源的波长和入射角，然后测量出衍射光的强度。
可是，一开始怎么都算不对衍射效率，心里那个着急啊！后来我静下心来，重新审视实验数据和布拉格衍射效率公式，发现原来是自己把其中一个参数的单位搞错了。
经过一番仔细的核对和计算，终于得到了和实验结果相符的衍射效率。
那一刻，真的是有一种豁然开朗的感觉，就好像在黑暗中摸索了好久，突然看到了光明。
再来说说这布拉格衍射效率公式里的几个关键因素。
比如说入射角、波长、晶格间距等等。
每个因素的变化都会对衍射效率产生影响。
比如说，如果波长变长了，衍射效率可能会降低；如果晶格间距变大了，衍射效率又会发生什么样的变化呢？这就需要我们仔细地运用公式去计算和分析。
在实际的应用中，布拉格衍射效率公式可重要了。
在光学器件的设计中，比如制造高效的衍射光栅，就需要准确地计算衍射效率，以达到理想的光学性能。
在材料研究中，通过分析衍射效率，我们可以了解材料的结构和性质。
总之，布拉格衍射效率公式虽然看起来有点复杂，但只要我们认真去理解，结合实际的实验和应用，就能很好地掌握它，为我们的科学研究和技术创新提供有力的支持。
就像我那次在实验室里，虽然经历了一些波折，但最终还是成功地运用了这个公式，取得了有价值的研究成果。
声子晶体在机械振动和噪声中的应用浅析剖析
本科生设计（论文）论文题目：声子晶体在机械振动和噪声中的应用浅析姓名：学院：海洋港口学院专业：12机械制造及其自动化（港口）（师范）学号：***师：***声子晶体在机械振动和噪声中的应用浅析一、绪论1.1课题背景现代社会对噪声防治和处理的各种要求，促进了当代噪声控制工程技术的迅猛发展。
工程中对噪声进行处理最常用而有效的技术措施就是安装适当的隔声材料。
因此，对隔声材料进行开发研究具有十分重要的意义。
声子晶体是一种新型隔声材料，存在弹性波禁带，落在禁带范围内的弹性波在声子晶体中传播时会强烈的衰减，其衰减程度远远大于质量密度定理的预测值。
因此声子晶体在噪声与振动的控制方面有着巨大的潜力。
本文以声子晶体在中低频隔声的实际应用为切入点，针对布拉格散（Bragg）射型声子晶体和局域共振声子晶体，系统地研究其禁带的产生以及影响禁带特性的各种因素，通过有限元仿真与实验验证完成声子晶体在隔声功能上的应用尝试。
声子晶体复合材料的自身特性决定了其带隙影响因素的多样性，因此有必要对其带隙的影响因素进行全面的研究分析，通过对各个参数对带隙的影响情况的分析来判断声子晶体在中低频范围内隔声应用的可行性，为下一步的仿真计算和实验验证中声子晶体各参数的选择提供理论依据。
传统的隔声材料种类繁多，从定义上讲所有的对声波有阻隔作用的材料都可以称为隔声材料，实际的隔声工程实施中经常采用的隔声材料有各种金属板、石膏板、木板以及复合板材。
由于它们大多都属于均匀介质结构，其隔声量都遵循质量密度定理，即材料的隔声性能与面密度有关，面密度增加一倍隔声量将会增大 6 分贝。
因此要获得较好的隔声效果就必须要增加隔声材料的密度。
然而在实际的应用当中，增加隔声材料密度会带来施工成本以及施工难度的急剧增大，这也限制了传统隔声材料的应用范围。
因此工程应用当中对新型轻质隔声材料的需求非常迫切。
声子晶体材料是近几十年研究状况非常热门的一种新型功能性隔声材料，其本质是一种对弹性波传播存在禁带的、结构排列或材料选择具有周期性特点的复合材料，其概念的提出只有二十多年的历史，命名借鉴了光子晶体的命名方式。
布拉格衍射
布拉格衍射
拉曼-奈斯衍射：声光作用长度较短、超声波的频率较低、光波垂直于声场传播的方向、此时的声光晶体相当于一个“平面光栅”。
布拉格衍射：声光作用长度较长、超声波的频率较高、光束与声波波面间以一定的角度斜入射、此时的声光晶体相当于一个“立体光栅”.
作用原理上的区别：(1) 拉曼-奈斯声光衍射的结果,使光波在原场分成一组衍射光,它们分别对应于确定的衍射角θm（即
传播方向）和衍射强度,这一组光是离散型的.各级衍射光对称的分布在零级衍射光两侧,且同级次衍射光的强度相等.这是拉曼-奈斯衍射的主要特征之一.另外,无吸收时衍射光各级极值光强之和等于入射光强,即光功率是守恒的.（2）布拉格声光衍射如果声波频率较高,且声光作用长度较大,此时的声扰动介质也不再等效于平面位相光栅,而形成了立体位相光栅.这时,相对声波方向以一定角度入射的光波,其衍射光在介质内相互干涉,使高级衍射光相互抵消,只出现0级和 1级的衍射光,简言之,我们在屏上观察到的是0级光斑和+1级光非常亮或者0级光斑和-1级光很亮,而其它各级的光强却非常弱.。
声学超材料局部共振微结构研究进展
2017年第11期 信息通信2017 (总第 179 期）INFORMATION&COMMUNICATIONS(Sum.N o 179)声学超材料局部共振微结构研究进展李帅\李向荣\李帆2,王国辉1(1.装甲兵工程学院兵器工程系，北京100072;2.陆军北京军事代表室，北京100107)摘要:声学超材料是一类经过特殊设计的人工复合结构。
由于它结构尺寸单元远小于声波波长，具有很多自然材料所不 具备的特殊性质，日益受到关注。
对于声学超材料的研究不到20年，论文简述了负有效质量与负体积模量的原理，介绍 了近年来声学超材料多种微结构的设计方法，对比分析了不同微结构的带隙形成原理及应用前景,对于具有特殊功能的 超材料研究与运用具有一定的指导作用。
关键词：声学超材料;局域共振;负等效质量；负体积模量中图分类号:〇429 文献标识码:A文章编号:1673-1131(2017)11-0042-03〇引言超材料(Metamaterial),是一种特殊复合结构或材料，通过对材料关键物理尺寸上进行有序结构设计，使其获得天然材 料所不具备的超常物理性质。
基于逆向结构设计理论的超材料研究最先起源于电磁波领域。
1968年，前苏联理论物理学家VeSelag〇[1]首次提出了超材料(左手材料)概念，电磁波通过 时，这种材料的磁导率(H)和介电常数(e)同时为负，宏观上表 现出反常多普勒效应，负折射等现象。
声波作为一种弹性波，和电磁波存在很大差异，但是仍然有许多相似的特征。
特别是对于声波方程的质量密度、体积模量可以和麦克斯韦方程的介电常数、磁导率一一对应。
类 比于电磁超材料，便有了声学超材料(Acoustic Metamaterials，AMM)的概念，它是由不同弹性模量和质量密度的材料构成 的周期性人工复合结构，对弹性波或声波具有带隙阻隔效应，主要应用于隔振、声隐身、波导、成像等方面。
声波或弹性波 在其中传播时，不仅能够实现自然界中不存在的负声学特性，而且还具有声学隐身、亚波长成像、逆折射/反射、单一路径传播、以及能量聚焦等功能。
一种圆柱壳类声子晶体振动带隙及振动特性研究
一种圆柱壳类声子晶体振动带隙及振动特性研究罗金雨; 姚凌云; 江国期; 吴飞【期刊名称】《《振动与冲击》》【年(卷),期】2019(038)008【总页数】6页(P133-138)【关键词】圆柱壳; 声子晶体; 能带结构; 带隙; 振动传递【作者】罗金雨; 姚凌云; 江国期; 吴飞【作者单位】西南大学工程技术学院重庆400715【正文语种】中文【中图分类】O321; TH113; O799当前，声子晶体广泛用于振动波的控制，这一领域的形成起源于面向电子波控制的光子晶体概念[1]。
声子晶体是两种或两种以上弹性介质组成的具有弹性波带隙的周期复合性材料[2]。
当弹性波在声子晶体中传播时，由于散射体的周期性分布，将会禁止某些频率的波传播从而形成带隙。
在过去的二十年间，由于声子晶体这一特有物理性质，弹性波在声子晶体中的传播得到了广泛的关注和研究[3-7]。
研究表明声子晶体的带隙形成机理可分为布拉格散射(Bragg Scattering)机理和局域共振(Locally Resonant)机理[8]。
布拉格带隙的调控依赖于复合介质的材料参数(密度和弹性常数等)和结构参数(晶胞形状、排列方式和填充比)[9]。
局域共振带隙与空间排列基本无关，而带隙宽度与材料参数密切相关[10-11]。
布拉格声子晶体获得的带隙频率比较高，但是带隙内的衰减比较大。
局域共振声子晶体获得的带隙频率比较低，但是由于类Fano现象[12]影响，因此，带隙内的衰减较小。
声子晶体的带隙特性，对于减振降噪技术具有广泛的应用前景。
目前对于声子晶体在减振降噪方面的应用，已经做了大量的研究与发展[13-17]。
在工程中，最常见的基本结构单元为梁、板和壳结构，因此研究人员对于声子晶体的在工程中的应用也集中与对这三类结构的研究。
在梁的振动控制研究中，温激鸿等[18]通过将声子晶体中的周期结构思想引入到梁中，设计构造了一种具有振动带隙的细直梁。
Wang等[19]研究了一种局域共振弯曲梁的频散曲线。
2022-2023学年高二物理竞赛课件：声子晶体
▫ 1995年Sanehez等人在对西班牙马德里的一座200 多年前 制作的雕塑“流动的旋律”进行声学特性研究时，第一次 从实验角度证实了弹性波禁带的存在，从此声子晶体的研 究引起了极大关注。
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▫ 声子晶体同光子晶体有着相似的基本特征：当弹性波频 率落在禁带范围内时，弹性波被禁止传播，当存在点缺 陷或线缺陷时，弹性波会被局域在点缺陷处，或只能沿 线缺陷传播。同样，通过对声子晶体周期结构及其缺陷 的设计，可以人为地调控弹性波的流动。
▫ 弹性波是由纵波和横波耦合的全矢量波，在每个组元中 具有3个独立的弹性参数，即质量密度ρ、纵波波速Ci和 横波波速Ct (在流体介质中Ct = 0)。光波是一种标量波， 在每个组元中只有一个独立的弹性参数即介电常数。
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另一种是光子带隙光纤，其周期性的包层产生光子带隙， 频率处于带隙中的光不能在包层中传播。 图3研究用粘弹性软材料橡胶包覆后的铅球（10毫米直径）组成简 单立方晶格结构埋在环氧树脂中形成的三维声子晶体时发现，该声子晶体禁 带所对应的波长远远大于晶格的尺寸，突破了布拉格散射机理的限制，而且 在散射体并非严格周期分布、甚至随机分布时，复合结构同样具有禁带，由 此提出了弹性波禁带的局域共振机理。
声子晶体
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声子晶体
• 声子晶体的概念及基本特征
▫ 声子晶体(phononic crystal)是具有弹性波禁带的周期性结构功能材料。 在声子晶体内部材料组分或组元的弹性常数、质量、密度等参数周期 性变化。随着材料组分搭配的不同，周期结构形式的不同，声子晶体 的弹性波禁带特性也就不同。
声子晶体和声学超构材料_倪旭
非本征半导体的散射机制
非本征半导体的散射机制
非本征半导体的散射机制主要包括两种：杂质散射和声子散射。
1. 杂质散射：非本征半导体中经常存在着各种杂质，如杂质原子或杂质分子。
当电子在非本征半导体中传播时，会受到这些杂质的散射作用。
杂质散射可以分为散射中心的位置杂散射和彼此之间的相互作用散射。
位置散射主要是因为杂质的存在导致电子在晶格中传播路径的扭曲和变迁，从而引起散射。
相互作用散射则是由于电子与杂质之间的相互作用引起的散射，如库伦散射，电子与杂质离子的库伦相互作用。
杂质散射会导致电子在半导体中的移动速度减小，电阻增加，影响半导体器件的性能。
2. 声子散射：非本征半导体中的声子是晶格振动的一种形式。
当电子在半导体中传播时，会与晶格中的声子相互作用，从而引起声子散射。
声子散射主要包括长程声子散射和短程声子散射。
长程声子散射是指电子与晶格中的长程声子相互作用，如声子的布拉格散射。
短程声子散射则是指电子与晶格中的短程声子相互作用，如声子的弛豫散射。
声子散射会导致电子在半导体中的能量损失和动量变化，从而影响电子的传播性质。
总之，非本征半导体的散射机制主要是由杂质散射和声子散射引起的，这些散射会影响半导体的电子传播性质和器件性能。
声光调制中的布拉格衍射的概念及定义
声光调制中的布拉格衍射的概念及定义一、引言声光调制作为一种重要的光学技术，在现代通信、信息处理和光学仪器等领域得到了广泛的应用。
而布拉格衍射作为声光调制中的一种重要现象，其概念和定义对于理解声光调制技术的原理和应用具有重要意义。
二、声光调制的基本原理声光调制是指利用声波对光学介质中的折射率进行调制，从而实现对光学信号进行处理和传输的技术。
其基本原理是利用声波在介质中传播时所引起的压力变化，使得介质中的折射率发生变化。
这种折射率变化会导致入射光线发生偏转或反射，从而实现对光信号的处理和传输。
三、布拉格衍射的概念及定义布拉格衍射是指在具有周期性结构的介质中，当入射平面波与某个特定角度入射时，在介质内部会发生反射和干涉现象，从而形成一系列明暗相间、呈周期性分布的衍射条纹。
这种衍射现象由英国物理学家布拉格父子在1912年首次发现，被称为布拉格衍射。
布拉格衍射的基本原理是利用介质中的周期性结构对入射光线进行反射和干涉。
当入射平面波与特定角度入射时，反射光线会在介质内部多次反射，并与入射光线相互干涉。
由于介质的周期性结构，不同反射光线之间存在相位差，从而形成一系列明暗相间、呈周期性分布的衍射条纹。
四、布拉格衍射的应用由于布拉格衍射具有明显的周期性特征和高度灵敏度，因此在声光调制技术中得到了广泛的应用。
其中最常见的应用是在声光晶体中实现可调谐滤波器和频率转换器。
此外，布拉格衍射还可以用于实现激光输出稳定器、干涉仪、全息成像等领域。
五、总结布拉格衍射作为声光调制技术中的一种重要现象，其概念和定义对于理解声光调制技术的原理和应用具有重要意义。
通过对声光调制的基本原理和布拉格衍射的概念及定义的介绍，可以更好地理解声光调制技术的实现原理和应用场景。
声子晶体带结构和透射性质的研究
第一章绪论第一章绪论１．１声子晶体的结构声子晶体从严格意义上来说应该叫做周期性弹性复合材料，是由两种或两种以上的弹性材料按周期性排列所组成的复合结构。
由于考虑的是宏观弹性波在这种复合结构中的传播特性，因而这里所说的“声子”并不是固体物理中所定义的格波能量量子。
其中的“晶体”一词取义于构成系统各组元的周期排列与天然晶体中原子周期排列的类似性。
在天然晶体中，电子作为～种物质波在晶体中的行为满足薛定谔方程和布洛赫定理，由于波的布拉格散射，使得电子在一定的能量区域内会出现禁带，晶体的导电行为因此表现出各种与此有关的特殊性，出现导体、绝缘体、和半导体之分。
我们知道电子波与经典波的共性在于其波动性，那么，寻找经典波如光波及声波在周期结构中的行为与电子在晶体中行为的类似性质就成了一个有趣的物理问题。
传统意义下的晶体的光学类比就是光子晶体，它由具有两种或两种以上具有不同介电常数的宏观介质周期性排列而成，相当于晶体微结构的放大。
而描述电子在晶体中行为的薛定谔方程则以描述光波波动行为的麦克斯韦方程组来取代。
声子晶体则可以理解为光子晶体概念在弹性波领域内的一个延伸，它是以弹性常数不同的宏观介质按周期排列构成的宏观结构。
图１—１给出了一维、二维及三维声子，光子晶体的示意结构图。
（ａ）（ｂ）（ｃ）图１—１一维、二维及三维声子／光子晶体结构示意图。
Ｆ培．１－Ｉ１１ｌｅｃｏｎｓｔｎｌｃｔｉｏｎｏｆｏｎｅ－，ｔｗｏ·ａｒＩｄｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏ砌ｐｈｏｎｏｎｉｃ／ｐｈｏｔｏｎｉｃｃｆ）ｒｓｔａｌ．通过求解描述弹性波行为的弹性波方程可以确定弹性波在这种复合介质中的——丝毫翌三盔兰堡圭耋堡鎏兰１．２．２缺陷态及声波导的研究类比于光子晶体缺陷态的研究‘７５４８１，近年来人们开始关注声子晶体中缺陷态的性质【４５‘５９】。
研究发现，通过在具有完美结构的声子晶体中引入点缺陷‘４５．５０】、线缺陷‘５１‘５７域面缺陷‘５引，会使其中的传播波出现局域现象，并且发现这种局域态的性质可以通过改变缺陷的构形而加以控制，从而实现声波的窄带滤波、导波及弯曲传播等ａ在图ｌ一２中给出二维声子晶体中的几种缺陷构形，其中（ａ）及（ｂ）图１—２二维声子晶体点缺陷及线缺陷构形。
声子晶体理论及应用调研报告
声子晶体理论及应用调研报告声子晶体是一种准周期结构材料，在周期性的各向同性晶格中引入局域的压缩或膨胀振动以形成一系列能隙。
声子晶体理论的研究主要包括声子能带结构、声子局域化和声子传输等方面。
声子晶体的应用涉及到声子过滤器、声子晶体光纤、声子晶体表面等领域。
首先，声子晶体的理论研究主要从声子能带结构入手。
声子能带结构是指声子在晶体中的能量-动量关系，由布拉格散射衍射理论和声子晶体的周期性边界条件所决定。
声子能带的宽度决定着声子的频率范围，而声子晶体的周期性结构则决定了能隙的形成。
研究声子能带结构可以帮助我们了解声子在晶体中的产生、传播和湮灭过程。
其次，声子晶体的研究还包括声子局域化的问题。
声子局域化是指声子在晶体中的空间分布不再是波动性质，而表现出粒子特性的现象。
声子局域化可以通过人工设计晶格结构实现，例如在非晶态或非周期的材料中引入局部周期性结构。
声子晶体的局域化特性可以用于制备声子过滤器，将特定频率范围的声子过滤掉或传输到目标位置，为声子传输提供了新的途径。
最后，声子晶体的应用方面主要包括声子晶体光纤和声子晶体表面。
声子晶体光纤是一种具有周期性结构的光纤，可以通过调整声子晶体的周期性结构来调节光的传播特性。
用声子晶体制备的光纤可以实现非线性光学效应的调制和控制，具有较高的灵活性和可调性。
声子晶体表面是指在声子晶体表面引入特定的周期性结构，以实现声子的控制和调控。
通过调整声子晶体表面的结构，可以实现声子的自由传播和局部封闭等特性，为声子学研究和器件应用提供新的思路。
总之，声子晶体是一种具有周期性结构的材料，研究声子晶体的理论和应用可以帮助我们深入了解声子的能带结构、局域化特性和传输行为，为声子学的发展和声子器件的设计提供新的思路。
随着声子晶体领域的不断发展，预计其在声子学、光学和声学等领域的应用将不断扩展。
一种新的减振降噪声学功能材料——声子晶体
年代才有所突破 。１９ ９ ２年 Ｓｇｌ ｉ ａ ａ ｓ和 Ｅ ｏ ｏ ｏ ｃｎ ｍ ｕ首次理论研究
证实 ，球形散射体埋入某一 基体材 中形成 的三维周期性点
阵结构 ， 具有 弹性波禁带特性ｔ １９ ｚ ９ ３年 Ｋ ｓｗ ｈ ］ 。 ｕｈ ａａ等首次提 出 了声子晶体的概念１ １９ ３ ９ ５年 Ｍａｔ ｅ— ａ １ 。 ｒｎ ｚＳｌ ｉ ａ等首次实验证 实了 弹性波禁带的存在 。
２１ 声 子 晶体 带 隙 的 产 生 机 理 ．
成 ， 中连续 的物理相 叫做 基体 ， 其 不连 续相称为分 散物 （ 或散 射体）】 【 ４ 。其内部 材料组分（ 或称为组元） 的弹性 常数 、 质量密度 等参数可 以有周期性的变化 ， 本质上属于复合材料范畴。 但与 光子 晶体相 比， 声子晶体所具有 的一大特点 ， 是其组成材料弹 性 常数可 以有 巨大差别四 依据声子晶体结构在笛卡尔坐标系 。 中 ３个 正交方 向上 的周期性 ， 以将其分为一维 、 可 二维和三维 声子 晶体 。 声子晶体结构材料 ， 在整体上是不均匀 的， 而每种组元 的 内部却是均匀 的。周期性 材料 表现出不同于其组元的物理性 质， 周期 性材料的组成或结构不 同， 其物理性质也不 同。随着
研究 ， 引起 了世界各国的高度关注。声子 晶体是一种 弹性常数
周期性分布 的复合结构 ， 是一种新型 的声学功能材料 ， 在振动
与 噪声 控 制方 面 ， 具有 广 阔的 工 程 技术 应 用 前 景 。 声 子 晶体 研 究 始 于 ２ 纪 ８ 代 初 期 ， 到 ２ 纪 ９ ０世 Ｏ年 直 ０世 ０
材料 组分搭配 的不 同， 周期 结构形式 的不 同 ， 声子 晶体 的弹性
波禁带特性也不 同 ，可 以通 过材料组分——分 散物弹性常数 的周期性调制 ， 来实现声子带隙 。 影响声子晶体带隙的因素有 物理参数和结构参数 两类 。物理参数如分散物 与基体之 间密
结合Bragg散射与吸声共振的波浪形高速公路声子晶体声屏障的制作方法
图片简介:本技术涉及一种结合Bragg散射与吸声共振的波浪形高速公路声子晶体声屏障，包括固定底板(1)、地脚螺栓（2）、连接系梁（3）、散射吸声体(4)及岩棉介质（5）；连接系梁（3）连接及固定相邻散射吸声体(4)；固定底板(1)连接、支撑并固定散射吸声体(4)；固定底板(1)与地面直接接触，并采用地脚螺栓（2）连接。
本技术的散射吸声体采用高度不同的钢立柱，其呈正方形晶格布置；声屏障从正面看呈波浪状，逐层增高；散射吸声体内部填充岩棉介质吸声，在Bragg干涉消声机制和共振腔吸声机制的共同作用下，声子晶体的声屏障结构能最大程度地对高速公路主要噪声频段0500Hz、8001250Hz的交通噪声进行有效衰减，从而降低受声点处的声压级，使声屏障的降噪效果更有效，更具有针对性。
技术要求1.一种结合Bragg散射与吸声共振的波浪形高速公路声子晶体声屏障，包括固定底板(1)、地脚螺栓（2），其特征在于，它还包括连接系梁（3）、散射吸声体(4)及岩棉介质（5）；所述岩棉介质（5）填充于散射吸声体(4)内部；所述连接系梁（3）连接及固定相邻散射吸声体(4)；所述固定底板(1)连接、支撑并固定散射吸声体(4)；所述固定底板(1)与地面直接接触，并采用地脚螺栓（2）实现与地面的连接。
2.如权利要求1所述的结合Bragg散射与吸声共振的波浪形高速公路声子晶体声屏障，其特征在于，所述固定底板(1)采用平直硬质塑料板或金属板。
3.如权利要求1所述的结合Bragg散射与吸声共振的波浪形高速公路声子晶体声屏障，其特征在于，所述散射吸声体(4)焊接于固定底板(1)上，并在散射吸声体(4)两侧加焊加劲板（6）。
4.如权利要求1所述的结合Bragg散射与吸声共振的波浪形高速公路声子晶体声屏障，其特征在于，所述连接系梁（3）位于散射吸声体(4)中部。
5.如权利要求3所述的结合Bragg散射与吸声共振的波浪形高速公路声子晶体声屏障，其特征在于，所述散射吸声体(4)采用高度不同的钢立柱，呈正方形晶格布置。
布拉格型固-固声子晶体的模型设计与实验研究
布拉格型固-固声子晶体的模型设计与实验研究布拉格型固/固声子晶体的模型设计与实验研究摘要：固体中的声子晶体是一种由周期性介质构成的周期性微结构，其声子带隙导致特定频率的声波传播受到抑制，这使得声子晶体具有在制造各种声波和声学器件中应用的良好特性。
然而，现有的声子晶体结构通常由空气和非场景物质而不是由两个场景物质构成。
在此工作中，我们设计了一种布拉格型固/固声子晶体，其中两个场景物质相互作用而不是与空气相互作用。
我们采用了传统的布拉格型结构，其中两个场景物质以周期性阵列的方式排列，然后在每个阵列之间引入一个嵌入式静电势。
我们使用计算方法建立了模型，并用实验方法制备了此布拉格型固/固声子晶体。
使用声传播实验和扫描电镜观察我们研究了其带隙特性和形貌。
实验结果表明，我们设计的布拉格型固/固声子晶体在频率范围内确实具有带隙，同时其形态也与模型设计匹配。
这项工作可为构建声子带隙材料提供新的思路和实验方法。
关键词：声子晶体；布拉格型结构；固/固型；频率带隙；实验研究引言声子晶体是由介质周期性排列形成的周期性微结构，它在特定频率范围内会形成声子带隙，进而抑制特定频率的声波传播。
声子晶体的研究得到了广泛关注，这是因为它具有设计制造各种声学器件和控制传播声波的良好特性。
现有的声子晶体结构通常由空气和非场景物质而不是由两个场景物质构成。
因此，设计一种布拉格型固/固声子晶体，其中两个场景物质相互作用而不是与空气相互作用，将有助于进一步扩大声子晶体的应用范围。
本工作中，我们采用传统的布拉格型结构设计了一种布拉格型固/固声子晶体。
我们将两个场景物质以周期性阵列的方式排列，然后在每个阵列之间引入一个嵌入式静电势。
我们使用计算方法建立了模型，并用实验方法制备了此布拉格型固/固声子晶体。
使用声传播实验和扫描电镜观察我们研究了其带隙特性和形貌。
实验结果表明，我们设计的布拉格型固/固声子晶体在频率范围内确实具有带隙，同时其形态也与模型设计匹配。
声子在固体中的传播与散射研究
声子在固体中的传播与散射研究声子是固体中的一种特殊的粒子，它是由晶格振动引起的，可以在固体中传播和散射。
在固体物理学中，研究声子的传播和散射是一个重要的课题，它不仅有助于我们理解固体的热学性质，还能够帮助我们设计和改进新型材料。
声子的传播是指声子在晶体中以波的形式传递热能的过程。
晶体是由原子或分子按照一定的排列方式组成的，原子或分子之间通过化学键相互连接。
当晶体中的一个原子振动时，它会传递振动能量到其周围的原子，这种能量传递就是声子传播的基本过程。
声子的传播需要满足一定的条件，其中最重要的是动量守恒和能量守恒。
声子的动量是由其频率和波长决定的，不同的材料和晶格结构对应着不同的声子频率和波长。
当声子传播到晶格边界时，会发生反射和折射现象，这是因为在晶格边界处，原子的排列方式会发生突变，从而导致声子的频率和波长发生变化。
散射是声子在传播过程中与缺陷、杂质、界面等因素相互作用的过程。
这些因素会改变声子的频率和波长，从而影响声子的传播性质。
散射过程中，声子会被散射成不同的方向和频率，这导致了声子的传播速度的减小和热导率的降低。
因此，研究声子的散射机制对于理解固体的热学性质具有重要意义。
在固体中的声子传播和散射可以通过实验和理论模拟来进行研究。
实验上，可以利用声子散射技术，如中子散射、光散射等方法来直接观测和测量声子的传播和散射行为。
这些实验技术可以提供声子的能量、频率、波长和速度等信息，从而揭示声子的传播机制和散射过程。
理论模拟是研究声子传播和散射的重要手段。
通过建立声子传播和散射的数学模型，可以计算声子的传输系数、传播速度、散射截面等物理量。
这些理论模型可以基于量子力学和经典力学，结合分子动力学模拟和能带结构等方法来开展研究。
这些模型和计算方法可以帮助我们理解声子在不同材料和晶格结构中的传播和散射特性。
声子在固体中的传播和散射研究在热学、电子学和材料科学等领域具有广泛的应用。
研究声子的传播和散射机制有助于我们优化材料的热导率、改善材料的热设计和热管理性能。
布拉格散射原理
布拉格散射原理布拉格散射原理是X射线衍射的基本原理之一，也称为布拉格衍射原理。
它是由英国物理学家威廉·亨利·布拉格和他的儿子劳伦斯·布拉格于1912年发现的。
该原理在材料科学和结构分析中有着广泛应用，是研究物质结构的重要方法之一。
布拉格散射原理是利用晶体对X射线的散射现象来研究物质的内部结构。
当X射线照射到晶体的表面时，它会被晶体原子吸收并再次发出，形成一个波纹。
这种波纹并不是标准的正弦波，而是以晶格参数为周期的波纹。
因此，特定的晶体结构能反射某些X射线的波长，并使它从晶体表面散射回来。
这种反射是由晶格反射定律控制的。
晶格反射定律规定：X射线在进入晶体表面的角度和从表面出射的角度相等时，会产生显著的衍射。
根据这个定律，可以通过变化入射角来探测不同衍射角度的X射线。
当入射角和衍射角相等时，衍射角度的值就可以测量出来。
布拉格散射原理的关键是晶体的结构参数。
由于晶体的原子排列是有序的，这就使得每个原子与其它原子之间的距离和夹角都是恒定的。
因此，通过测量不同的衍射角度，可以计算出晶体内部原子之间的距离和夹角。
这些参数还可以用于计算晶体结构中不同原子的位置和相对取向。
布拉格散射原理在材料科学和结构分析中应用广泛。
它可以用来研究结晶体和非晶态材料的结构，了解不同材料内部原子的位置和相对取向，以及研究不同材料之间的相互作用。
利用布拉格散射原理可以进行X射线衍射测量、能量色散X射线衍射、毫米波谱等研究。
它还可以应用于制药、化学、地质学等领域。
总之，布拉格散射原理是研究物质结构的重要方法之一。
它借助X射线的散射现象来探测晶体内部的原子排列和结构参数，是一种非常有效的分析手段。
随着科技的不断发展，布拉格散射原理将更加广泛地应用于不同领域，为人们带来更多的有益信息。
基于有限元的声子晶体波动特性计算研究
基于有限元的声子晶体波动特性计算研究摘要：以正方晶格排布的二维固固布拉格散射型声子晶体为例，介绍了利用有限元方法研究声子晶体能带结构和传输特性的计算过程。
基于传输特性计算，研究了声子晶体某一方向有限排布层数对其波动特性的影响，发现有限层声子晶体的传输系数随层数呈现指数线性的形式逐渐衰减。
关键词：声子晶体；有限元方法；能带结构；传输特性1.引言声子晶体是继电子晶体、光子晶体之后提出的一种具有弹性波超常特性的新型结构功能材料，其特性之一就是具有弹性波（声波）传播的频率禁带（即某些频率段的弹性波不能在结构中传播）。
早期对声子晶体的研究集中在寻求声子晶体带隙计算方法、带隙形成机理、带隙影响因素和寻找宽带隙结构等几个方面。
近几年，随着研究的深入，有关声子晶体的带隙调控、表面波、缺陷态、准周期或无序结构等应用基础研究逐渐成为了研究的重点。
目前，有关声子晶体波动特性的计算方法主要有传递矩阵法、平面波展开法、时域有限差分法（FDTD）、多重散射法、小波变换法等。
以上几种方法均有各自的使用限制或缺点，如平面波展开法难以应用在大弹性常数差和固流声子晶体带隙的计算上，FDTD方法数值稳定性和收敛性要求高、计算费时等。
随着声子晶体应用基础研究的深入，声子晶体的计算模型越来越贴近于实际情况，需要考虑结构的尺寸、边界及外界环境对其波动特性的影响。
与之相应的一种普适的、简单的方法，必然受到相关研究人员的青睐。
而有限元方法正具有这一特色，它可以计算任意复杂的一维、二维、三维固固和固流声子晶体的波动特性，未来必然在偏于实际应用的声子晶体带隙调控、表面波、缺陷态等方面有广泛的应用。
对于固固声子晶体，有限元方法可以很好的计算无限大声子晶体的能带结构和有限结构声子晶体的传输特性。
在以往的研究中，传输特性一般被用来辅助说明结构带隙的存在、或计算能带方法的正确性，却很少被用来严格确定禁带的起始和截止频率。
本文给出了利用有限元方法计算固固声子晶体能带和传输特性的理论和过程，计算了二维二组元固固布拉格散射型声子晶体的能带结构和传输特性，说明了可以从传输特性上来确定固固声子晶体禁带起始和截止频率；从传输特性计算方面，研究了某一方向周期排布层数对有限结构声子晶体波动特性的影响，发现有限层声子晶体的传输系数随层数呈指数线性衰减。
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声子晶体布拉格散射
布拉格散射是一种晶格衍射现象，发生在入射光或辐射与晶格之间的弹性碰撞过程中。
当入射光或辐射的波长与晶格间距接近时，散射现象会发生高度选择性，从而形成布拉格尖峰。
布拉格散射现象最早由威廉·劳伦斯·布拉格及威廉·亨利·布拉格于 1913 年提出，可用于研究晶体结构、材料力学性质等。
声子晶体是一种具有晶格结构的固体，其布拉格散射机理与一般晶体有所不同。
在声子晶体中，由于声子的存在，会产生纵波和横波的干涉，从而在晶格中形成带隙。
当入射辐射的波长与声子晶体晶格间距接近时，声子晶体会发生布拉格散射，散射波会发生相位匹配，导致在晶格平面上形成布拉格尖峰。
声子晶体布拉格散射现象在材料科学、物理学等领域有着广泛的应用，如用于研究材料结构、确定材料参数等。