复合声子晶体波导：点缺陷阵列提升定向辐射性能

"基于点缺陷阵列的声子晶体波导定向辐射" 本文主要探讨了如何利用点缺陷阵列来提升声子晶体波导的定向辐射性能。声子晶体是一种具有周期性结构的材料，能够控制声波的传播，类似于光子晶体在光领域的应用。在声子晶体波导中，声波可以通过结构的特殊设计被引导和操控。然而，传统的声子晶体波导在辐射声波时往往表现出较宽的发散角和较低的辐射效率。 魏琦、程营和刘晓峻的研究引入了一个创新的方法，他们将点缺陷阵列附加到声子晶体波导的输出表面。点缺陷是指在晶体结构中刻意制造的不连续或空缺，这些缺陷可以引起特定频率的共振。在声子晶体波导中，这些点缺陷如同次级声源，能够在共振时激发强烈的声波辐射。通过这种方式，声子晶体波导不仅有波导自身的辐射，还增加了由点缺陷产生的辐射，两者的声波相互干涉，可以显著改变辐射模式。 数值分析采用有限元法进行，这是一种常用的数值计算方法，尤其适用于复杂几何形状和非均匀介质的问题。通过这种方法，研究者发现点缺陷阵列可以有效地增强声子晶体波导的法向辐射声压，即垂直于波导表面的声压，提高了161.21%。同时，通过这种干涉效应，声波的发散角也显著减小了85.35%，这意味着辐射更加集中，定向性大大提高。 然而，研究也指出并非点缺陷越多越好。当点缺陷的数量增加到一定程度后，波导的定向辐射性能的改善趋于稳定，不再有显著提升。这表明存在一个最优的点缺陷数量，以平衡辐射效率和结构复杂度。 这项工作为优化声子晶体波导的定向辐射性能提供了新的设计思路，对声学工程和声学器件的设计有着重要意义。通过精确调控点缺陷的数量和分布，未来可能实现更高效、更定向的声波传输和辐射，这对于声学传感器、声学成像、噪声控制等领域都具有潜在的应用价值。 关键词：声子晶体波导；点缺陷；谐振模；定向辐射；有限元法 中图分类号：O424（声学基础理论及声学测量技术）