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、對液體表面波的傳播現(xiàn)象和調(diào)控機制進行研究，不僅有助于拓展和加深對波動問題的理論認識，而且在波浪災害防護、波浪能源利用等方面有著潛在的工程價值。本文以液體表面波的能帶特性和變換介質(zhì)理論為指導，開展了液體表面波的調(diào)控機理、方法和器件研究。主要內(nèi)容如下:
　　對于豎立于液體中的周期剛性圓柱陣列，利用多重散射法計算得到了其能帶結(jié)構(gòu)和等頻線。依據(jù)周期結(jié)構(gòu)中的能流密度方向，并通過對能帶結(jié)構(gòu)與等頻線的分析來引導周期結(jié)構(gòu)中液體表面波的傳播。通過設(shè)

2、計合適的圓柱排布形式實現(xiàn)了點波源的四向傳播，并分別利用能帶結(jié)構(gòu)中的帶邊態(tài)與缺陷共振態(tài)討論了兩種實現(xiàn)液體表面波的定向傳播方法。通過數(shù)值計算和實驗研究，檢驗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、坐標變換方法以及各向異性液體深度的實現(xiàn)方法?；跐u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)象的導波器件，并加

3、工制作相應的實物樣品開展實驗研究，直觀地展示了在不同頻率下實驗樣品的導波現(xiàn)象，并對實驗結(jié)果進行了對比分析。
　　基于有效介質(zhì)理論，推導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波條件下的分析模型和有效參數(shù)方程，并進行了有效參數(shù)的影響因素分析。將這種有效參數(shù)特性應用于漸變折射率導波器件設(shè)計中，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)計了彎導、Lüneburg透鏡以及定向傳播器件。利用COSMO

4、L軟件建立了相應的數(shù)值模型，并對器件的導波效果進行計算分析，探討了周期陣列和周期挖孔底部兩種設(shè)計方案的導波差異和適用范圍。
　　利用半徑漸變的圓柱陣列設(shè)計了液體表面波的漸變折射率透鏡，通過實驗檢驗了透鏡的聚焦效果，證明了利用圓柱陣列的有效參數(shù)設(shè)計液體表面波導波器件的可行性。將周期狹縫陣列在Fabry-Pérot共振條件下的導波性質(zhì)應用于液體表面波導波器件中，提出了新的液體表面波移動、彎導及旋轉(zhuǎn)器件。設(shè)計并制作了液體表面波集中器，通