本發(fā)明涉及材料、集成器件制造、聲波技術(shù)等領(lǐng)域，具體涉及一種聲波集成結(jié)構(gòu)中使用的邏輯門(mén)器件。

背景技術(shù)：

聲子晶體是由兩種或兩種以上不同彈性材料周期性排列組成的，其具有聲波禁帶、自準(zhǔn)直效應(yīng)、負(fù)折射等特性，可以設(shè)計(jì)成聲波透鏡、聲波導(dǎo)、聲波濾波器和聲波開(kāi)關(guān)等。聲波器件的設(shè)計(jì)，必須減小尺寸，高度集成，而聲子晶體特性的主要機(jī)理是布拉格散射，布拉格散射尺度要求與聲波長(zhǎng)在同一數(shù)量級(jí)，因此減小尺寸是聲波的器件設(shè)計(jì)一大瓶頸。以往的點(diǎn)缺陷諧振器件設(shè)計(jì)，由于元件間的干擾作用，透射品質(zhì)不佳。

聲子晶體聲波器件應(yīng)用研究剛剛起步，目前還沒(méi)有采用聲子晶體環(huán)形諧振腔的流固型聲波邏輯門(mén)器件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于聲子晶體環(huán)形諧振腔的流固型聲波邏輯與門(mén)器件，能夠?qū)崿F(xiàn)以聲波為傳播媒質(zhì)的邏輯與功能。本發(fā)明的目的由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于聲子晶體環(huán)形諧振腔的流固型聲波邏輯與門(mén)器件，其特征在于，包括聲子晶體結(jié)及外封裝盒；外封裝盒前端面上設(shè)置有第一入射端口、第二入射端口及第三出射端口，后端面上設(shè)置有第一出射端口和第二出射端口；聲子晶體結(jié)為周期排列的圓鋼柱體，通過(guò)移除周期排列的圓鋼柱體中的若干柱體，在第一入射端口與第一出射端口之間形成第一入射波導(dǎo)，在第二入射端口與第二出射端口之間形成第二入射波導(dǎo)，在第一入射波導(dǎo)和第二入射波導(dǎo)之間形成兩個(gè)環(huán)形諧振腔，在兩個(gè)環(huán)形諧振腔之間形成一個(gè)連接所述第三出射端口的出射波導(dǎo)。

作為具體的技術(shù)方案，所述外封裝盒為硅基盒。

作為具體的技術(shù)方案，所述聲子晶體結(jié)構(gòu)由25＊16矩陣排列的圓鋼柱體構(gòu)成。

作為具體的技術(shù)方案，所述25＊16矩陣排列的圓鋼柱體的間距為橫向5*10^-4m，縱向5*10^-4m。

作為具體的技術(shù)方案，所述25＊16矩陣排列的圓鋼柱體中，環(huán)形諧振腔為選擇5＊5結(jié)構(gòu)移除外圍柱體，留下3＊3排列結(jié)構(gòu)形成。

作為具體的技術(shù)方案，所述的環(huán)形諧振腔中的四個(gè)角落，分別放置四個(gè)局域圓鋼柱體。

作為具體的技術(shù)方案，所述圓鋼柱體縱向截面半徑2.25*10^-4m、四個(gè)四個(gè)局域圓鋼柱體的縱向截面半徑1.25*10^-4m，長(zhǎng)度均為1.0*10^-2m。

作為具體的技術(shù)方案，所述鋼材料的參數(shù)為：密度ρs＝7780kg/m³，縱波波速csl＝5825m/s和橫波波速cst＝3227m/s；空氣的參數(shù)為：密度ρa(bǔ)＝1.29kg/m³,縱波波速csa＝343m/s；硅材料的參數(shù)為：密度ρsi＝2330kg/m³。

作為具體的技術(shù)方案，所述硅基盒的厚度為1.0*10^-5m，內(nèi)部長(zhǎng)25＊5*10^-4m，外部寬16＊5*10^-4m，內(nèi)部高1.0*10^-2m。

作為具體的技術(shù)方案，所述矩形入射端口和矩形出射端口的寬為5*10^-4m、高為0.5*10^-2m。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所提供的基于聲子晶體環(huán)形諧振腔的流固型聲波邏輯與門(mén)器件，引入聲子晶體環(huán)形諧振腔結(jié)構(gòu)，以環(huán)形諧振腔作為耦合元件，可以隔離干擾，有效改善透射品質(zhì)。與目前的聲波器件比較，有非常好的濾波及聲波放大作用，可以實(shí)現(xiàn)較為靈敏的聲波邏輯與功能。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于聲子晶體環(huán)形諧振腔的流固型聲波邏輯與門(mén)器件的構(gòu)造示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于聲子晶體環(huán)形諧振腔的流固型聲波邏輯與門(mén)器件的橫截面示意圖。

圖3為本實(shí)施例提供的不同聲波入射條件下，基于聲子晶體環(huán)形諧振腔的流固型聲波邏輯與門(mén)器件的聲波透射系數(shù)圖。

圖4為本實(shí)施例提供的不同聲波入射條件下，基于聲子晶體環(huán)形諧振腔的流固型聲波邏輯與門(mén)器件的真值表。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1及圖2所示，本實(shí)施例提供的基于聲子晶體環(huán)形諧振腔的流固型聲波邏輯與門(mén)器件，包括聲子晶體結(jié)及外封裝盒，外封裝盒為硅基盒，聲子晶體結(jié)構(gòu)由25＊16矩陣排列的圓鋼柱體構(gòu)成，25＊16矩陣排列的圓鋼柱體的間距為橫向5*10^-4m，縱向5*10^-4m。。

硅基盒前端面上設(shè)置有第一入射端口a、第二入射端口b及第三出射端口c，后端面上設(shè)置有第一出射端口d和第二出射端口e。周期排列的圓鋼柱體中，通過(guò)移除第一入射端口a與第一出射端口d之間的一列柱體，形成第一入射波導(dǎo)；通過(guò)移除第二入射端口b與第二出射端口e之間的一列柱體，形成第二入射波導(dǎo)；通過(guò)移除第一入射波導(dǎo)和第二入射波導(dǎo)之間的若干柱體，形成兩個(gè)環(huán)形諧振腔；通過(guò)移除兩個(gè)環(huán)形諧振腔之間的若干柱體，形成一個(gè)連接第三出射端口c的出射波導(dǎo)。具體地，兩個(gè)環(huán)形諧振腔為選擇5＊5結(jié)構(gòu)移除外圍柱體，留下3＊3排列結(jié)構(gòu)形成，每個(gè)環(huán)形諧振腔中的四個(gè)角落，分別放置四個(gè)局域圓鋼柱體11。

本實(shí)施例中，圓鋼柱體縱向截面半徑為2.25*10^-4m、四個(gè)局域圓鋼柱體11的縱向截面半徑為1.25*10^-4m，長(zhǎng)度均為1.0*10^-2m。其中，鋼材料的參數(shù)為：密度ρs＝7780kg/m³，縱波波速csl＝5825m/s和橫波波速cst＝3227m/s；空氣的參數(shù)為：密度ρa(bǔ)＝1.29kg/m³,縱波波速csa＝343m/s；硅材料的參數(shù)為：密度ρsi＝2330kg/m³。此外，硅基盒的厚度為1.0*10^-5m，內(nèi)部長(zhǎng)25＊5*10^-4m，外部寬16＊5*10^-4m，內(nèi)部高1.0*10^-2m。第一入射端口a、第二入射端口b、第三出射端口c、第一出射端口d和第二出射端口e為矩形端口，矩形入射端口和矩形出射端口的寬為5*10^-4m、高為0.5*10^-2m。

上述實(shí)施例中，通過(guò)環(huán)狀移除柱體，構(gòu)建出兩個(gè)環(huán)形諧振腔，對(duì)入射聲波進(jìn)行濾波放大，當(dāng)入射波導(dǎo)中的聲模和環(huán)形諧振腔發(fā)生共振，選定的聲模在環(huán)形諧振腔放大后，從入射波導(dǎo)耦合到出射波導(dǎo)，發(fā)送到出射端口，第三出射端口c作為邏輯判斷的輸出端口。邏輯與功能的實(shí)現(xiàn)根據(jù)透射率來(lái)判斷，透射率為出射聲波模與入射聲波模的功率比。

結(jié)合圖3及圖4所示，本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所提供的基于聲子晶體環(huán)形諧振腔的流固型聲波邏輯與門(mén)器件，采用半導(dǎo)體集成制造理念，在硅基盒中設(shè)計(jì)聲子晶體波導(dǎo)和環(huán)形諧振腔，引入聲子晶體環(huán)形諧振腔結(jié)構(gòu)，與目前的聲波器件比較，有非常好的濾波及聲波放大作用，當(dāng)聲波從入射波導(dǎo)進(jìn)入，如果聲模與諧振腔諧頻一致，聲波被擇入諧振腔，并在諧振腔內(nèi)發(fā)生共振，極大增強(qiáng)聲波導(dǎo)模波幅，最后從出射波導(dǎo)導(dǎo)出，可以實(shí)現(xiàn)較為靈敏的聲波邏輯與功能。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，且具有高品質(zhì)、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。

以上實(shí)施例僅為充分公開(kāi)而非限制本發(fā)明，基于本發(fā)明創(chuàng)新主旨的、未經(jīng)創(chuàng)造性勞動(dòng)的等效技術(shù)特征的替換，應(yīng)當(dāng)屬于本申請(qǐng)揭露的范圍。