专栏名称: COMSOL 多物理场仿真技术
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学术前沿 | 通过声学高阶拓扑绝缘体来增强任意源位置的周围声音信号采集

COMSOL 多物理场仿真技术  · 公众号  ·  · 2024-04-21 18:49

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拓扑声学是一个发展迅速的领域,由于它在人工超材料中的引人入胜的拓扑性质。然而,拓扑晶体通常由耦合波导或谐振腔组成,这通常导致固定的激发位置和过多的结构尺寸,因此难以在现实生活中制造和应用。在本工作中,我们提出了一种巧妙的方法来操纵谐振单元之间的耦合,利用可以轻易调整的分束多腔谐振器的开放方向。基于这种结构,在模拟和实验中都观察到了更高阶的拓扑角态。更有趣的是,角态的声能得到增强,并且可以从任意位置的点源从外部激发。这种独特的拓扑现象在声音信号采集、传输和处理中可能会找到许多应用。

图1:(a)由多个腔体谐振器组成的二维单元单元的示意图。(b)在没有覆盖物时,kagome晶格单元的3D草图,此时旋转角度h为180度。(c)具有约500Hz的完全宽带隙的kagome晶格的第一和第二带之间的带结构。

总结,我们提出了一种简单机制来控制声学共振单元之间的耦合,通过这种机制,我们可以通过简单地旋转SMCR来获得不同的拓扑相位。此外,由于结构耦合方式没有使用任何波导,结构外的灵活源可以激发角模式。这种拓扑性质具有很好的鲁棒性,导致在最近的拓扑角处声能增强。这种有趣的性质在声能或信号采集方面具有重要意义,并且可能实现许多实际声学器件的大规模生产。


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