本發(fā)明屬于錐形連接器，涉及一種固體聲拓?fù)溴F形連接器及波整形器。

背景技術(shù)：

1、隨著未來(lái)聲學(xué)集成器件及系統(tǒng)的發(fā)展，其中包含的元件數(shù)量越來(lái)越多，它們通過(guò)串、并聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的信號(hào)換能、處理、運(yùn)算和存儲(chǔ)等功能。高效連接不同尺寸、不同功能的元件至關(guān)重要。兩元件之間的理想連接應(yīng)該不存在任何反射，包括傳輸反射和端口反射，使得信號(hào)能100％地從元件間通過(guò)。首先，反射顯見(jiàn)地會(huì)導(dǎo)致信噪比的降低及器件效能的下降。同時(shí)，在包含大量元件的固體聲集成器件中，反射會(huì)顯著增加無(wú)關(guān)元件間的串?dāng)_，迅速惡化器件性能。因此，不同尺寸與功能元件之間的理想連接對(duì)于發(fā)展大規(guī)模固體聲集成器件尤為必要。對(duì)于包含多元件的聲學(xué)器件及系統(tǒng)，乃至未來(lái)大規(guī)模集成聲學(xué)線路而言，固體聲學(xué)耦合器/錐形連接器具有重要意義。然而，現(xiàn)有方案主要是基于波導(dǎo)物理尺寸漸變或折射率透鏡等傳統(tǒng)原理，尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)兩元件之間的無(wú)反射連接。

2、近年來(lái)，在固體聲領(lǐng)域的拓?fù)洳牧弦蛱峁┝烁咝Ч腆w聲波導(dǎo)及豐富的自由度為模擬器件的發(fā)展打開(kāi)了新的前沿。拓?fù)洳▽?dǎo)最具代表性的優(yōu)勢(shì)是抗反射，可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)典波的低損耗、高自由度傳輸并免疫缺陷。伴隨著拓?fù)洳牧系陌l(fā)展，這類(lèi)波導(dǎo)近年來(lái)從一維逐漸發(fā)展到二維乃至三維。然而，除了波導(dǎo)功能以外，拓?fù)洳牧显趯?shí)現(xiàn)模擬元件間的無(wú)損連接，即構(gòu)建理想的耦合器/錐形連接器這一方面還并未展現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供了一種固體聲拓?fù)溴F形連接器。本發(fā)明的另一目的是提供一種固體聲拓?fù)洳ㄕ纹鳌?/p>

2、技術(shù)方案：本發(fā)明的一種固體聲拓?fù)溴F形連接器，包括固體聲拓?fù)浣^緣體，所述固體聲拓?fù)浣^緣體形成至少兩種不同趨膚深度的拓?fù)溥吔鐟B(tài)。

3、進(jìn)一步地，所述固體聲拓?fù)浣^緣體的帶隙寬度沿信號(hào)傳輸方向漸變。

4、進(jìn)一步地，所述固體聲拓?fù)浣^緣體由設(shè)置有微結(jié)構(gòu)的板波聲子晶體構(gòu)成，所述微結(jié)構(gòu)為孔或柱，所述固體聲拓?fù)浣^緣體的帶隙寬度由所述固體聲拓?fù)浣^緣體的晶格對(duì)稱(chēng)性破缺程度確定。

5、進(jìn)一步地，所述微結(jié)構(gòu)的截面形狀為具有三瓣的y型，相鄰兩瓣之間的夾角為120°，所述微結(jié)構(gòu)的截面形狀的指向與所述板波聲子晶體的γ-k方向的相對(duì)角度為θ，所述θ＝±(0～30)°。

6、進(jìn)一步地，所述板波聲子晶體的晶格對(duì)稱(chēng)性為三角晶格、六方晶格或四方晶格。

7、進(jìn)一步地，所述板波聲子晶體的晶格常數(shù)為1μm至10mm。

8、進(jìn)一步地，帶隙寬度不同的相鄰兩個(gè)固體聲拓?fù)浣^緣體的趨膚深度差相同。

9、進(jìn)一步地，所述板波聲子晶體的材料為cmos集成的硅基材料、壓電晶體材料或金屬材料中的一種。

10、進(jìn)一步地，所述cmos集成的硅基材料包括si、sio2、sic、sin中的一種；所述壓電晶體材料包括linbo3、litao3、aln、gan中的一種。

11、本發(fā)明的另一目的是提供一種固體聲拓?fù)洳ㄕ纹?，由上述固體聲拓?fù)溴F形連接器組合而成。

12、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明的一種固體聲拓?fù)溴F形連接器，以板波聲子晶體為構(gòu)建單元，將不同模式體積的拓?fù)溥吔鐟B(tài)進(jìn)行絕熱漸變組合，實(shí)現(xiàn)了寬帶固體聲波在不同傳輸孔徑下的無(wú)反射聚集與分離，為不同尺寸元件間的理想連接提供了解決方案；

13、2、利用拓?fù)溥吔缒Ｊ襟w積的連續(xù)操控，不僅可以用于實(shí)現(xiàn)100％的拓?fù)淠芰繀R聚，還可以實(shí)現(xiàn)波前調(diào)控及波束整形，實(shí)現(xiàn)傳輸波孔徑大小及能量分布的調(diào)制，以及將任意入射波轉(zhuǎn)換為完美的平面波出射。這一方案具有廣泛的適用性，可以推廣到不同媒介、尺寸和頻率的機(jī)械材料及器件中，為大規(guī)模集成聲拓?fù)渚€路的發(fā)展提供關(guān)鍵的基礎(chǔ)元件，有望應(yīng)用于新一代信號(hào)處理、傳感及能量收集等諸多場(chǎng)景。

技術(shù)特征：

1.一種固體聲拓?fù)溴F形連接器，其特征在于，包括固體聲拓?fù)浣^緣體，所述固體聲拓?fù)浣^緣體形成至少兩種不同趨膚深度的拓?fù)溥吔鐟B(tài)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體聲拓?fù)溴F形連接器，其特征在于，所述固體聲拓?fù)浣^緣體的帶隙寬度沿信號(hào)傳輸方向漸變。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體聲拓?fù)溴F形連接器，其特征在于，所述固體聲拓?fù)浣^緣體由設(shè)置有微結(jié)構(gòu)的板波聲子晶體構(gòu)成，所述微結(jié)構(gòu)為孔或柱，所述固體聲拓?fù)浣^緣體的帶隙寬度由所述固體聲拓?fù)浣^緣體的晶格對(duì)稱(chēng)性破缺程度確定。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體聲拓?fù)溴F形連接器，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)的截面形狀為具有三瓣的y型，相鄰兩瓣之間的夾角為120°，所述微結(jié)構(gòu)的截面形狀的指向與所述板波聲子晶體的γ-k方向的相對(duì)角度為θ，所述θ＝±(0～30)°。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體聲拓?fù)溴F形連接器，其特征在于，所述板波聲子晶體的晶格對(duì)稱(chēng)性為三角晶格、六方晶格或四方晶格。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體聲拓?fù)溴F形連接器，其特征在于，所述板波聲子晶體的晶格常數(shù)為1μm至10mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體聲拓?fù)溴F形連接器，其特征在于，帶隙寬度不同的相鄰兩個(gè)固體聲拓?fù)浣^緣體的趨膚深度差相同。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體聲拓?fù)溴F形連接器，其特征在于，所述板波聲子晶體的材料為cmos集成的硅基材料、壓電晶體材料或金屬材料中的一種。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固體聲拓?fù)溴F形連接器，其特征在于，所述cmos集成的硅基材料包括si、sio2、sic、sin中的一種；所述壓電晶體材料包括linbo3、litao3、aln、gan中的一種。

10.一種固體聲拓?fù)洳ㄕ纹?，其特征在于，由?quán)利要求1所述的固體聲拓?fù)溴F形連接器組合而成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種固體聲拓?fù)溴F形連接器，包括固體聲拓?fù)浣^緣體，所述固體聲拓?fù)浣^緣體形成至少兩種不同趨膚深度的拓?fù)溥吔鐟B(tài)，所述固體聲拓?fù)浣^緣體的帶隙寬度沿信號(hào)傳輸方向漸變。本發(fā)明的固體聲拓?fù)溴F形連接器以板波聲子晶體為構(gòu)建單元，通過(guò)設(shè)計(jì)并精巧裝配具有不同模式體積的拓?fù)溥吔?，使得固體聲波在其中的傳輸孔徑可近乎無(wú)損耗地按需切換，為不同尺寸聲學(xué)元件的串/并聯(lián)提供了完美解決方案，與此同時(shí)，該固體聲拓?fù)溴F形連接器可以應(yīng)用于波束整形，可將任意無(wú)規(guī)則甚至殘缺的入射轉(zhuǎn)換為期望的、有規(guī)則且豐富的平面波輸出。

技術(shù)研發(fā)人員：余思遠(yuǎn),陳華洋,陳延峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8