Sonické krystaly

Bc. Adéla Miklíková

Bakalářská práce

Sonic crystals

Anotace:

Tato práce se věnuje akustickým vlastnostem sonických krystalů. Byl navržen a realizován sonický krystal se čtvercovou mřížkou, následně experimentálně ověřen jeho zakázaný pás a prozkoumán rozptyl akustických vln na krystalu. V první, úvodní části práce podáváme přehled historického vývoje fotonických krystalů přes fononické až k sonickým krystalům. Druhá část se věnuje teoretickému popisu šíření vln v periodických strukturách. Nejprve ilustrujeme souvislost pásové struktury s~odrazivostí či propustností na zjednodušeném případu optické multivrstvy. Poté se zabýváme výpočty pásové struktury dvourozměrných sonických krystalů pomocí metody rozvoje do rovinných vln aplikované na příslušné vlnové rovnice. Na závěr této části uvažujeme nad možnostmi pozorování difrakce na sonických krystalech využívaje přitom numerické simulace založené na multipólové teorii rozptylu na více centrech. Ve třetí části detailně popisujeme experimenty, které si kladly za cíl prověřit teoretické předpovědi učiněné v části druhé. Jejich hlavními výsledky byly: 1. prokázání existence zakázaného pásu frekvencí v teoreticky předpovězeném rozsahu; 2. proměření prostorového rozložení akustického tlaku difraktované zvukové vlny po průchodu krystalem.

Abstract:

This work explores the acoustic properties of sonic crystals. We have created a~sonic crystal with square lattice, verified the presence of its band gap, and examined the scattering of acoustic waves on the crystal. The first part of this work contains a historical overview of the development of photonic, phononic, and sonic crystals. The second part describes theoretical model of the wave propagation inside periodic structures. At the beginning, we show the connection between the photonic band structure and optical properties in a simple case of an optical multilayer. Next, we deal with calculations of the band structure of twodimensional sonic crystals by the plane wave expansion method applied to the wave equation. In conclusion of this section, we consider the diffraction on sonic crystals using numerical simulations based on the multiple multipole expansion method. The third section describes in detail the experiments which verified the theoretical predictions made in the second part. Their main results were: 1. proving the existence of the sonic band gap in the predicted frequency interval; 2. measuring the spatial distribution of the sound pressure of a diffracted acoustic wave after passing through the crystal.

Klíčová slova

sonické krystaly, pásová struktura, akustický zakázaný pás, akustická propustnost, rozptyl zvukových vln na sonickém krystalu, sonic crystals, band structure, acoustic band gap, acoustic transmittance, sound wave scattering on sonic crystals

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 17. 5. 2016

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 24. 6. 2016
• Vedoucí: Mgr. Jiří Chaloupka, Ph.D.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Bakalářský studijní program / obor:
Fyzika / Fyzika