基于异质结邻近效应的铝板准兰姆波滤波调控研究

研究人员针对弹性波带隙调控难题，通过构建周期性波纹边界异质结波导，结合激光超声系统与有限元模拟，首次实现了准兰姆波(QLWs)在禁带内的窄带透射及界面态能量局域化，为高频声子调制和弹性波信号处理提供了新思路。

　　

在声学超材料与拓扑物理快速发展的今天，弹性波带隙调控成为振动控制和信号处理领域的关键科学问题。传统机械激励的异质结研究受限于低频波段，而高频声子调制技术长期面临能量局域化观测的瓶颈。针对这一挑战，桂林电子科技大学认知无线电与信息处理教育部重点实验室的研究团队创新性地将激光超声技术引入拓扑异质结研究，通过铝板波纹边界异质结实现了准兰姆波(Quasi-Lamb Waves, QLWs)的精准调控，相关成果发表于《Ultrasonics》。

研究团队采用激光超声激发系统结合多普勒振动扫描技术，构建了由不同占空比波纹结构(W₁和W₂)组成的异质结波导W_h，通过COMSOL Multiphysics声学模块进行有限元模拟，并利用快速傅里叶变换分析传输谱。

理论模型
基于平面波展开法推导波纹铝板中QLWs的波动方程，发现当异质结接近度改变时，禁带内350 kHz处出现透射窗口。数值模拟显示，W₁和W₂单独存在时QLWs传输率低于5%，而异质结结构使透射率提升至85%。

异质结传输效应
实验测得异质结在禁带内产生特征峰，与模拟结果误差小于3%。激光测振扫描证实界面处能量局域化现象，振动幅值达到均匀区域的2.7倍，验证了拓扑界面态对QLWs的增强效应。

接近度调控
通过设计六种异质结比例（如0.6Λ₁+0.4Λ₂），发现透射峰频率随接近度呈线性偏移，灵敏度达12 kHz/0.1Λ，为弹性波滤波器设计提供了精确调控参数。

该研究首次将激光超声技术应用于高频QLWs异质结研究，突破传统机械激励的频率限制。发现的接近度敏感效应为弹性波信号处理器件开发奠定基础，其界面态能量局域化特性在无损检测和声学传感领域具有重要应用价值。研究不仅丰富了弹性波操控理论，更为声子芯片等工程应用提供了新思路。