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基于零折射率材料的弯曲声学波导*

2021-07-06毕仁贵赵鹤平

湘潭大学自然科学学报 2021年2期

石 玉,孔 鹏,毕仁贵,邓 科,赵鹤平

(吉首大学 物理与机电工程学院,湖南 吉首 416000)

0 引言

声波在特定条件下可以形成携带角动量的涡旋场,这种携带角动量的声波被称为涡旋声束或者声涡旋,近年来,声涡旋[1]在粒子操控[2-3]、医疗[4]及信息通信[5-6]等方面的研究受到了广泛关注.声涡旋所携带角动量是轨道角动量,其开辟了一个声波操控的新自由度[7-8].涡旋波的等值面呈现螺旋状扭曲,幅值呈现出类似黑洞的分布,越靠近中心越趋近于零[9].随着声学技术的发展,对声学涡旋的操控有了更多的需求.在传统的弯曲波导中,声波由于衍射效应[10]会在弯曲处产生反射波,导致波阵面被破坏.使用零折射率超材料[11]可以消除这样的影响.在声学零折射率材料[12]中,声波的相速度无限大,声波在通过零折射率材料时相位不变.这种特殊性质也在波前调控[13]、隐身[14]等方面获得了应用.随着研究的进一步深入,人们发现声子晶体在最简布里渊区中心的简并点频率处可以等效为零折射率材料[15-16].在这种特殊简并点频率附近,由于模态的偶然简并,能带的斜率转化为线性.并且,除了线性相交的能带外,其中心还具有平直带与其相交.由于这种狄拉克点是通过偶然简并得到的,因此其材料、结构参数都可以控制其简并度.为了与狄拉克点区别, 这种简并点被称为类狄拉克点[17-18].Liu等[19]首次报道了布里渊区中心类狄拉克点简并退化所产生的“双零效应”.Ashraf[20]等提出在自然条……

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