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一维亥姆霍兹共振腔声子晶体中缺陷模式的实验研究

高东宝 曾新吾 周泽民 田章福

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一维亥姆霍兹共振腔声子晶体中缺陷模式的实验研究

高东宝, 曾新吾, 周泽民, 田章福

Experiments on defect mode of one-dimensional phononic crystal containing Helmholtz resonators

Gao Dong-Bao, Zeng Xin-Wu, Zhou Ze-Min, Tian Zhang-Fu
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  • 基于亥姆霍兹共振腔单元设计并制作了一种一维局域共振型声子晶体, 针对结构中存在点缺陷的情况, 进行了实验研究. 实验结果表明, 由于点缺陷的存在, 局域共振型声禁带中出现了缺陷模式, 并且在缺陷单元周围引起了能量的局域现象, 与理论结果符合较好. 缺陷单元从两个不同的方向趋近于完美单元时, 缺陷模式分别按照不同的规律变化, 但是越靠近禁带边缘, 所局域的能量就越多. 另外, 当缺陷单元共振频率小于完美单元共振频率时, 局域能量主要集中在声波导内; 反之, 局域能量则主要集中在共振腔内. 本研究对设计新型低频声滤波装置及高声强集中装置具有一定意义.
    In this paper, a local resonant phononic crystal is designed and fabricated based on Helmholtz resonators. Experiment is carried out to study the defect mode of the structure, in which a point defect is introduced. Due to the coupling of the defect cell and perfect cells, a narrow pass band appears in the local resonant forbidden band. Meanwhile, acoustic energy localization effect is observed around the defect resonator at the frequency of defect mode which changes with the defect parameter. However, the defect mode is close to the edge of the forbidden band, the localized energy is high. In addition, if the resonant frequency of the defect unit is smaller than that of the perfect unit, the localized energy is mostly distributed in the waveguide. In contrast, the energy is mostly localized in the resonators when the defect unit frequency is larger than that of the perfect unit. This work will be of help for designing new acoustic functional devices of filters and concentrators.
    [1]

    Wen X S, Wen J H, Yu D L, Wang G, Liu Y Z, Han X Y 2009 Phononic crystals (Beijing: National Defense Industry Press) p1 (in Chinese) [温熙森, 温激鸿, 郁殿龙, 王刚, 刘耀宗, 韩小云 2009 声子晶体 (北京: 国防工业出版社) 第1页]

    [2]

    Kushwaha M S, Halevi P, Dobrzynski L, Djafari-Rouhani B 1993 Phys. Rev. Lett. 71 2022

    [3]

    Liu Q N 2011 Acta Phys. Sin. 60 034301 (in Chinese) [刘启能 2011 物理学报 60 034301]

    [4]

    Liu Z Y, Zhang X X, Mao Y W, Zhu Y Y, Yang Z Y, Chan C T, Sheng P 2000 Science 289 1734

    [5]

    Ding C L, Zhao X P 2009 Acta Phys. Sin. 58 6351 (in Chinese) [丁昌林, 赵晓鹏 2009 物理学报 58 6351]

    [6]

    Ding C L, Zhao X P, Hao L M, Zhu W R 2011 Acta Phys. Sin. 60 044301 (in Chinese) [丁昌林, 赵晓鹏, 郝丽梅, 朱卫仁 2011 物理学报 60 044301]

    [7]

    Wen Q H, Zuo S G, Wei H 2012 Acta Phys. Sin. 61 034301 (in Chinese) [文岐华, 左曙光, 魏欢 2012 物理学报 61 034301]

    [8]

    Wang G, Wen X S, Wen J H, Shao L H, Liu Y Z 2004 Phys. Rev. Lett. 93 154302

    [9]

    Chen S B, Wen J H, Wang G, Han X Y, Wen X S 2011 Chin. Phys. Lett. 28 094301

    [10]

    Hu X H, Chan C T 2005 Phys. Rev. E 71 055601(R)

    [11]

    Liu M, Hou Z L, Fu X J 2012 Acta Phys. Sin. 61 104302 (in Chinese) [刘敏, 侯志军, 傅秀军 2012 物理学报 61 104302]

    [12]

    Fang N, Xi D J, Xu J Y, Ambati M, Srituravanich W, Sun C, Zhang X 2006 Nature Mater. 5 452

    [13]

    Cheng Y, Xu J Y, Liu X J 2008 Phys. Rev. B 77 045134

    [14]

    Fok L, Zhang X 2011 Phys. Rev. B 83 214304

    [15]

    Cheng Y, Xu J Y, Liu X J 2008 Appl. Phys. Lett. 92 051913

    [16]

    Cheng Y, Liu X J 2012 Appl. Phys. A 109 805

    [17]

    Wu F G, Liu Z Y, Liu Y Y 2001 Chin. Phys. Lett. 18 785

    [18]

    Wei Q, Cheng Y, Liu X J 2011 Acta Phys. Sin. 60 124301 (in chinese) [魏琦, 程营, 刘晓峻 2011 物理学报 60 124301]

    [19]

    Sigalas M M 1997 J. Acoust. Soc. Am. 101 1256

    [20]

    Wang Z G, Lee S H, Kim C K, Park C M, Nahm K, Nikitov S A 2008 J. Appl. Phys. 103 064907

    [21]

    Du G H, Zhu Z M, Gong X F 2001 Fundamentals of Acoustics (Nanjing: Najing University Press) p255 (in Chinese) [杜功焕, 朱哲民, 龚秀芬 2001 声学基础 (南京: 南京大学出版社) 第255页]

    [22]

    Liu Z Y, Chan C T, Sheng P 2002 Phys. Rev. B 65 165116

  • [1]

    Wen X S, Wen J H, Yu D L, Wang G, Liu Y Z, Han X Y 2009 Phononic crystals (Beijing: National Defense Industry Press) p1 (in Chinese) [温熙森, 温激鸿, 郁殿龙, 王刚, 刘耀宗, 韩小云 2009 声子晶体 (北京: 国防工业出版社) 第1页]

    [2]

    Kushwaha M S, Halevi P, Dobrzynski L, Djafari-Rouhani B 1993 Phys. Rev. Lett. 71 2022

    [3]

    Liu Q N 2011 Acta Phys. Sin. 60 034301 (in Chinese) [刘启能 2011 物理学报 60 034301]

    [4]

    Liu Z Y, Zhang X X, Mao Y W, Zhu Y Y, Yang Z Y, Chan C T, Sheng P 2000 Science 289 1734

    [5]

    Ding C L, Zhao X P 2009 Acta Phys. Sin. 58 6351 (in Chinese) [丁昌林, 赵晓鹏 2009 物理学报 58 6351]

    [6]

    Ding C L, Zhao X P, Hao L M, Zhu W R 2011 Acta Phys. Sin. 60 044301 (in Chinese) [丁昌林, 赵晓鹏, 郝丽梅, 朱卫仁 2011 物理学报 60 044301]

    [7]

    Wen Q H, Zuo S G, Wei H 2012 Acta Phys. Sin. 61 034301 (in Chinese) [文岐华, 左曙光, 魏欢 2012 物理学报 61 034301]

    [8]

    Wang G, Wen X S, Wen J H, Shao L H, Liu Y Z 2004 Phys. Rev. Lett. 93 154302

    [9]

    Chen S B, Wen J H, Wang G, Han X Y, Wen X S 2011 Chin. Phys. Lett. 28 094301

    [10]

    Hu X H, Chan C T 2005 Phys. Rev. E 71 055601(R)

    [11]

    Liu M, Hou Z L, Fu X J 2012 Acta Phys. Sin. 61 104302 (in Chinese) [刘敏, 侯志军, 傅秀军 2012 物理学报 61 104302]

    [12]

    Fang N, Xi D J, Xu J Y, Ambati M, Srituravanich W, Sun C, Zhang X 2006 Nature Mater. 5 452

    [13]

    Cheng Y, Xu J Y, Liu X J 2008 Phys. Rev. B 77 045134

    [14]

    Fok L, Zhang X 2011 Phys. Rev. B 83 214304

    [15]

    Cheng Y, Xu J Y, Liu X J 2008 Appl. Phys. Lett. 92 051913

    [16]

    Cheng Y, Liu X J 2012 Appl. Phys. A 109 805

    [17]

    Wu F G, Liu Z Y, Liu Y Y 2001 Chin. Phys. Lett. 18 785

    [18]

    Wei Q, Cheng Y, Liu X J 2011 Acta Phys. Sin. 60 124301 (in chinese) [魏琦, 程营, 刘晓峻 2011 物理学报 60 124301]

    [19]

    Sigalas M M 1997 J. Acoust. Soc. Am. 101 1256

    [20]

    Wang Z G, Lee S H, Kim C K, Park C M, Nahm K, Nikitov S A 2008 J. Appl. Phys. 103 064907

    [21]

    Du G H, Zhu Z M, Gong X F 2001 Fundamentals of Acoustics (Nanjing: Najing University Press) p255 (in Chinese) [杜功焕, 朱哲民, 龚秀芬 2001 声学基础 (南京: 南京大学出版社) 第255页]

    [22]

    Liu Z Y, Chan C T, Sheng P 2002 Phys. Rev. B 65 165116

  • [1] 王燕萍, 蔡飞燕, 李飞, 张汝钧, 李永川, 王金萍, 张欣, 郑海荣. 基于二维声子晶体板共振声场的微粒操控. 物理学报, 2023, 72(14): 144207. doi: 10.7498/aps.72.20230099
    [2] 韩东海, 张广军, 赵静波, 姚宏. 新型Helmholtz型声子晶体的低频带隙及隔声特性. 物理学报, 2022, 71(11): 114301. doi: 10.7498/aps.71.20211932
    [3] 陈鑫, 姚宏, 赵静波, 张帅, 贺子厚, 蒋娟娜. 薄膜与Helmholtz腔耦合结构低频带隙. 物理学报, 2019, 68(21): 214208. doi: 10.7498/aps.68.20190673
    [4] 贾鼎, 葛勇, 袁寿其, 孙宏祥. 基于蜂窝晶格声子晶体的双频带声拓扑绝缘体. 物理学报, 2019, 68(22): 224301. doi: 10.7498/aps.68.20190951
    [5] 孙伟彬, 王婷, 孙小伟, 康太凤, 谭自豪, 刘子江. 新型二维三组元压电声子晶体板的缺陷态及振动能量回收. 物理学报, 2019, 68(23): 234206. doi: 10.7498/aps.68.20190260
    [6] 陈泽国, 吴莹. 声子晶体中的多重拓扑相. 物理学报, 2017, 66(22): 227804. doi: 10.7498/aps.66.227804
    [7] 杜春阳, 郁殿龙, 刘江伟, 温激鸿. X形超阻尼局域共振声子晶体梁弯曲振动带隙特性. 物理学报, 2017, 66(14): 140701. doi: 10.7498/aps.66.140701
    [8] 曹惠娴, 梅军. 声子晶体中的半狄拉克点研究. 物理学报, 2015, 64(19): 194301. doi: 10.7498/aps.64.194301
    [9] 程聪, 吴福根, 张欣, 姚源卫. 基于局域共振单元实现声子晶体低频多通道滤波. 物理学报, 2014, 63(2): 024301. doi: 10.7498/aps.63.024301
    [10] 侯丽娜, 侯志林, 傅秀军. 局域共振型声子晶体中的缺陷态研究. 物理学报, 2014, 63(3): 034305. doi: 10.7498/aps.63.034305
    [11] 赵寰宇, 何存富, 吴斌, 汪越胜. 二维正方晶格多点缺陷声子晶体实验研究. 物理学报, 2013, 62(13): 134301. doi: 10.7498/aps.62.134301
    [12] 张思文, 吴九汇. 局域共振复合单元声子晶体结构的低频带隙特性研究. 物理学报, 2013, 62(13): 134302. doi: 10.7498/aps.62.134302
    [13] 丁红星, 沈中华, 李加, 祝雪丰, 倪晓武. 复合兰姆波声子晶体中超宽部分禁带. 物理学报, 2012, 61(19): 196301. doi: 10.7498/aps.61.196301
    [14] 文岐华, 左曙光, 魏欢. 多振子梁弯曲振动中的局域共振带隙. 物理学报, 2012, 61(3): 034301. doi: 10.7498/aps.61.034301
    [15] 刘启能. 研究一维掺杂声子晶体缺陷模的解析方法. 物理学报, 2011, 60(4): 044302. doi: 10.7498/aps.60.044302
    [16] 赵宏刚, 刘耀宗, 温激鸿, 郁殿龙, 温熙森. 含有周期球腔的黏弹性覆盖层消声性能分析. 物理学报, 2007, 56(8): 4700-4707. doi: 10.7498/aps.56.4700
    [17] 赵 芳, 苑立波. 二维声子晶体同质位错结缺陷态特性. 物理学报, 2006, 55(2): 517-520. doi: 10.7498/aps.55.517
    [18] 王文刚, 刘正猷, 赵德刚, 柯满竹. 声波在一维声子晶体中共振隧穿的研究. 物理学报, 2006, 55(9): 4744-4747. doi: 10.7498/aps.55.4744
    [19] 蔡 力, 韩小云. 二维声子晶体带结构的多散射分析及解耦模式. 物理学报, 2006, 55(11): 5866-5871. doi: 10.7498/aps.55.5866
    [20] 李晓春, 易秀英, 肖清武, 梁宏宇. 三组元声子晶体中的缺陷态. 物理学报, 2006, 55(5): 2300-2305. doi: 10.7498/aps.55.2300
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-12-06
  • 修回日期:  2013-01-09
  • 刊出日期:  2013-05-05

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