二維聲子晶體共振腔波導與可調多路分解現象探討

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題名:	二維聲子晶體共振腔波導與可調多路分解現象探討
作者:	廖尉佐王丁黃智勇
貢獻者:	機械工程系
關鍵詞:	聲子晶體頻溝共振腔缺陷多路分解
日期:	2012
上傳時間:	2013-07-22 16:08:31 (UTC+8)
出版者:	台中;國立勤益科技大學
摘要:	聲子晶體是由兩種不同的彈性材料或流體週期性排列而組成的結構，此人造物質擁有聲子晶體能隙的現象，可阻擋聲波或彈性波在聲子晶體的傳遞。若將晶格的週期性加以破壞使其出現缺陷，則聲子晶體的能隙會有所不同，此被破壞的晶體稱為缺陷態(defect mode); 此缺陷模態會在能隙內，不同的缺陷可以拿來做不同方面的應用，引入點缺陷，就可以將波侷限在該缺陷中和其附近，形成共振腔(Resonant Cavities)，而線缺陷則可以作為波導(Waveguides)應用。本研究主旨是利用聲子晶體中製造點缺陷、線缺陷或其它種形式的缺陷，來控制頻溝的大小，藉以達到濾波和波導的效果，並利用缺陷的組合，設計出一個在可調的頻率下多路分解現象(demultiplexing)的波導。利用有限元素COMSOL Multiphysics 套裝軟體來進行聲波的在背景介質為空氣，聲子晶體材料為鋁，在邊界設定上，聲源之邊界條件為輻射條件，波類型是平面波，聲壓設定為50Pa，其他邊界為匹配邊界，可以避免聲音的反射進而干擾模擬的結果，所使用的模擬的頻率範圍為20kHz到30kHz，並配合不同形式的共振腔，觀察共振腔對於波導的影響。在完美的聲子晶體中20kHz到28kHz為聲子晶體的頻溝範圍，當在完美的聲子晶體內部製造線缺陷可讓原本頻溝區域相對強度提升，由其在24kHz到26.7kHz，相對強度約-1dB，代表此頻段下聲波能利用此缺陷有效通過聲子晶體，並且擁有最小的能量衰減。當線缺陷波導中加入一點缺陷，可在25.3kHz產生一缺陷模態，使得聲波能量被侷限在共振腔附近，由此可知，線缺陷有效改善了20kHz到28kHz的波導現象，而點缺陷可讓原本落於頻溝內25kHz到25.5kHz的聲波，所產生的缺陷模態，利用此缺陷模態設計了一組對稱雙L型聲子晶體來達到多路分解的現象，並探討轉角處加入點缺陷共振腔所產生出口端能量的變化，當在25kHz時無共振腔對稱雙L型聲子晶體兩端出口聲壓約為12Pa，而加了共振腔則提升至35Pa，這可證明了入射波的能量可因為加入了點缺陷共振，可被有效的導致出口端，而聲子晶體的共振可被利用在波導的傳遞，也可以展現出多路分解的現象。由於帶隙的調控是最近研究熱門的話題，故針對聲波的分解設計了不同半徑(3mm、2mm、1mm)的耦合，並與線缺陷產生耦合波導，達到可在不同的頻率與不同半徑的窄通帶(tunable narrow pass band,NPB)下，產生分解的現象。考慮上半部為半徑3mm與1mm，在24.8kHz到26.8kHz為耦合波導有效通過聲子晶體的頻段，下半部為半徑3mm與2mm的耦合聲子晶體，而有效通過聲子晶體的頻段為26.2kHz到27.4kHz，而在26.2kHz到26.6kH頻段區間內，為兩種不同半徑耦合聲子晶體重疊區域，此頻段內，兩種耦合聲子晶體皆可達到波傳的效果。
顯示於類別:	[機械工程系(所)] 【機械工程系】博碩士論文

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