二维声子晶体负折射成像效应及其分辨率对比.pdf

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1、第35卷第2期吉首大学学报(自然科学版)V01．35NO．22014年3月JournalofJishouUniversity(NaturalScienceEdition)Mar．20l4文章编号：1007—2985(2014)02—0048—04二维声子晶体负折射成像效应及其分辨率对比关琚琚，李波，邓科，赵鹤平(吉首大学物理与机电工程学院，湖南吉首416000)摘要：采用有限元分析方法，研究了声子晶体负折射现象与板厚度的关系．通过对比分析声子晶体单板成像系统和串联式声子晶体多板成像系统，结果发现多板系统的像点强度较强，但分辨率却高于单板系统．利用

2、串联式声子晶体多板成像系统可以提高成像质量．关键词：声子晶体；负折射率；成像；分辨率中图分类号：O481文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1007—2985．2014．02．011声子晶体具有声波操控功能而受到人们的广泛关注．众所周知，声子晶体(SonicCrysta1)是由弹性材料周期性地排列形成_l]，具有与传统声学材料反常的性质．目前无论是对声子晶体能带的研究，还是对声子晶体色散特性及其应用的探索都取得了很多的成就．近年来，人们对声子晶体在声学器件中的应用进行了深入地研究．例如，利用声子晶体自准直效应设计了可以使声波弯曲传

3、输的器件[6]，利用声子晶体的负折射性质设计出声学平板棱镜装置[7喵]，利用二维声子晶体共振结构设计了定向声源装置]．然而，在利用声子晶体的负折射性质设计声学平板棱镜装置过程中依然有一些工作要做，例如采用较厚的声子晶体平板进行远场成像时，会产生像点模糊的现象．在某些频率下，入射波的波矢和声波的群速度方向相反，这时声波在声子晶体中传输呈现负折射现象。]．因此，在这些频率下，声子晶体被认为是一种负折射材料，也就是人们常说的左手材料．声子晶体的这种负折射效应在六方排列的平板成像系统和四方排列的成像系统中都得到了验证，并且成像系统具有良好的聚光效果．Ve

4、selago的研究表明，一块由左手材料制作的平板成像系统，当它的厚度为D，折射率一一1时，点源P距离平板的距离为L(L

5、然科学基金资助项目(o9JJ6Ol1，11JJ6OO7，13JJ6O59)；湖南省教育厅科学研究项目(13B091，13AO77，13C750)；湖南省吉首大学研究生校级课题资助项目(JDY12047，JGY201314)作者简介：关瑁瑁(1991一)，男，河南新蔡人，吉首大学物理与机电工程学院硕士生，主要从事人工微结构物理研究通讯作者：邓科(1978一)，男，湖南湘潭人，吉首大学物理与机电工程学院副教授，博士，硕士生导师，主要从事凝聚态物理研究；赵鹤平(1966一)，男，湖南桑植人，吉首大学物理与机电工程学院教授，博士，硕士生导师，主要从事凝聚

6、态物理研究．吉首大学学报(自然科学版)第35卷联组成的成像系统，由于平板的宽度有限，点源只有一部分能量通过成像系统形成像点，所以像点能量远比物点能量低．每通过一块成像平板，像点的能量就会下降，随着平板数量的增多，串联式薄板成像系统的像点的能量就会越低，但是因为薄板的成像系统像10点分辨率要比厚板成像系统要高很多，所以串联式0薄板成像系统的分辨率要比厚板成像系统保持得更优良．图4给出了厚度为15层宽度为45层的3块．JO声子晶体平板串联组成的成像系统及其声场分布．-l0a0a10a20a30a40a50a60a70a80a90a同样，将点源放在距离

7、平板L=0．15D处，点源的z坐标位置为z=0．结果表明，该系统像点的分辨率图4声子晶体平板串联成像系统及声场分布比图3中的3个成像系统的像点高．为了能够更加具体地区分像点的分辨率，在成像系统厚度的法线方向上将像点的振幅表示出来，如图5所示．图5给出了图3中3个厚板成像系统像点附近的声压分布．从图5可以看到，成像系统的宽度增加到103层时，像点的位置最容易分辨出来，接近理论计算出来的像点的位置．图6给出了2种成像系统像点附近的声压分布，一种是一块厚度为45层、宽度分别为45层和103层组成的成像系统，像点在横坐标40a～75a之间；另一种为3块厚

8、度均为15层、宽度为45层的声子晶体平板串联组成的成像系统，像点在横坐标60a～9O口之间(因平板的串联，这里横向坐标为58．5a的地方