基于能帶特性與變換介質(zhì)的液體表面波調(diào)控研究.pdf

1、對(duì)液體表面波的傳播現(xiàn)象和調(diào)控機(jī)制進(jìn)行研究，不僅有助于拓展和加深對(duì)波動(dòng)問(wèn)題的理論認(rèn)識(shí)，而且在波浪災(zāi)害防護(hù)、波浪能源利用等方面有著潛在的工程價(jià)值。本文以液體表面波的能帶特性和變換介質(zhì)理論為指導(dǎo)，開(kāi)展了液體表面波的調(diào)控機(jī)理、方法和器件研究。主要內(nèi)容如下:
　　對(duì)于豎立于液體中的周期剛性圓柱陣列，利用多重散射法計(jì)算得到了其能帶結(jié)構(gòu)和等頻線。依據(jù)周期結(jié)構(gòu)中的能流密度方向，并通過(guò)對(duì)能帶結(jié)構(gòu)與等頻線的分析來(lái)引導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)中液體表面波的傳播。通過(guò)設(shè)

2、計(jì)合適的圓柱排布形式實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)波源的四向傳播，并分別利用能帶結(jié)構(gòu)中的帶邊態(tài)與缺陷共振態(tài)討論了兩種實(shí)現(xiàn)液體表面波的定向傳播方法。通過(guò)數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究，檢驗(yàn)了以上理論方法的可行性。
　　將變換介質(zhì)理論和漸變折射率思想引入到液體表面波調(diào)控研究中，系統(tǒng)闡述了液體表面波調(diào)控的基本原理、坐標(biāo)變換方法以及各向異性液體深度的實(shí)現(xiàn)方法。基于漸變的液體深度能夠?qū)崿F(xiàn)漸變的液體表面波折射率，設(shè)計(jì)了能夠?qū)崿F(xiàn)液體表面波彎曲、定向傳播與聚焦現(xiàn)象的導(dǎo)波器件，并加

3、工制作相應(yīng)的實(shí)物樣品開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究，直觀地展示了在不同頻率下實(shí)驗(yàn)樣品的導(dǎo)波現(xiàn)象，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。
　　基于有效介質(zhì)理論，推導(dǎo)了豎立于液體中的周期圓柱陣列和周期深度變化體系在長(zhǎng)波條件下的分析模型和有效參數(shù)方程，并進(jìn)行了有效參數(shù)的影響因素分析。將這種有效參數(shù)特性應(yīng)用于漸變折射率導(dǎo)波器件設(shè)計(jì)中，分別利用參數(shù)漸變的周期圓柱陣列和周期挖孔底部構(gòu)造了液體表面波調(diào)控器件，設(shè)計(jì)了彎導(dǎo)、Lüneburg透鏡以及定向傳播器件。利用COSMO

4、L軟件建立了相應(yīng)的數(shù)值模型，并對(duì)器件的導(dǎo)波效果進(jìn)行計(jì)算分析，探討了周期陣列和周期挖孔底部?jī)煞N設(shè)計(jì)方案的導(dǎo)波差異和適用范圍。
　　利用半徑漸變的圓柱陣列設(shè)計(jì)了液體表面波的漸變折射率透鏡，通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了透鏡的聚焦效果，證明了利用圓柱陣列的有效參數(shù)設(shè)計(jì)液體表面波導(dǎo)波器件的可行性。將周期狹縫陣列在Fabry-Pérot共振條件下的導(dǎo)波性質(zhì)應(yīng)用于液體表面波導(dǎo)波器件中，提出了新的液體表面波移動(dòng)、彎導(dǎo)及旋轉(zhuǎn)器件。設(shè)計(jì)并制作了液體表面波集中器，通