[发明专利]一种可调控拓扑声传输的声学开关

说明书

本发明公开了一种可调控拓扑声传输的声学开关，属于技术领域，可调控拓扑声传输的声学开关由声拓扑绝缘体和杂质两部分组成。其中声拓扑绝缘体结构由上半部分的声拓扑绝缘体Ⅰ和下半部分的声拓扑绝缘体Ⅱ组成，声拓扑绝缘体Ⅰ和声拓扑绝缘体Ⅱ的交界面为声拓扑绝缘体的边界；声学杂质设置在声拓扑绝缘体的边界上。当旋转杂质时可以方便地控制声拓扑绝缘体的导通与截至，为快速切换特定频段拓扑声传输的导通与截至提供了方法。

技术领域

本发明属于和声学超材料技术领域，涉及一种可调控拓扑声传输声学开关。

背景技术

声拓扑绝缘体以其优越的背向散射抑制能力近年来收到了国内外学者的广泛关注，利用声拓扑绝缘体利用声拓扑绝缘体可以设计出性能优越的声波导器件。基于声谷霍尔效应的声拓扑绝缘体可以在两个具有不同谷霍尔相的边界上观察到受拓扑保护的边界态传输。虽然目前针对声拓扑绝缘体的研究很多，但是在可调控拓扑声研究方面的工作却很少。由于拓扑声传输对微小的结构缺陷不敏感，所以目前针对可调控拓扑声传输的研究往往局限在对整体媒质参数的改变或者对于多个散射体状态的改变。

上述方法操作复杂不易实现，因此设计出一种能够快速调控特定频段内拓扑声传输导通与截至的声学开关具有重要的意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可调控拓扑声传输的声学开关，以解决声学开关不能快速调控特定频段内拓扑声传输导通与截至的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明所公开的一种可调控拓扑声传输的声学开关，其特征在于：其特征在于：包括声拓扑绝缘体和声学杂质；

所述声拓扑绝缘体由声拓扑绝缘体Ⅰ和声拓扑绝缘体Ⅱ组成，声拓扑绝缘体Ⅰ为声拓扑绝缘体的上半部分，声拓扑绝缘体Ⅱ为声拓扑绝缘体的下半部分，声拓扑绝缘体Ⅰ和声拓扑绝缘体Ⅱ的交界面为声拓扑绝缘体的边界；声学杂质设置在声拓扑绝缘体的边界上。

优选地，所述声拓扑绝缘体Ⅰ和声拓扑绝缘体Ⅱ均由若干晶胞层组成，若干晶胞层由若干晶胞排列组成；声拓扑绝缘体Ⅰ的晶胞和声拓扑绝缘体Ⅱ的晶胞具有不同的谷陈数。

优选地，所述晶胞均由截面为具有C3对称性的散射体组成，晶胞的二维截面为正六边形；相邻晶胞的中心距为晶格常数a；所述散射体转角为α，声拓扑绝缘体Ⅰ的散射体的转角α＝30°，声拓扑绝缘体Ⅱ的散射体的转角α＝-30°。

优选地，声学杂质替换了声拓扑绝缘体的边界上的一个散射体。

优选地，晶格常数a＝50mm；所述散射体的截面的脚长为l＝0.32a，散射体的跨距为t＝0.16a，散射体的中心圆半径为r＝0.14a。

优选地，晶格常数a＝50mm；声学杂质的截面的脚长l₁＝0.47a,声学杂质跨距t₁＝0.188a，声学杂质中心圆半径r₁＝0.14a。

优选地，所述散射体及声学杂质均由3D打印的光敏树脂材料制成。

优选地，所述声学杂质为截面具有C4对称性的结构，其转角为θ。

优选地，对于声拓扑绝缘体的边界模态的激发为使用高斯波束法向入射到声拓扑绝缘体的边界上。

优选地，所述声学杂质具有两种状态：当转角θ＝0°时，对应于ON状态，此时特定频段内的声波沿声拓扑绝缘体的边界进行受拓扑保护的边界态传输；当转角θ＝45°时，对应于OFF状态，此时特定频段内的声波无法沿声拓扑绝缘体的边界传输。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：