[发明专利]一种基于三维金属打印技术的双层C6v点阵超材料传感器

说明书

本发明公开了基于三维金属打印技术的双层C6v点阵超材料传感器，包括三维金属打印一体成型的第一周期性点阵结构、第一基板、第二周期性点阵结构、第二基板和第三周期性点阵结构，所述第二周期性点阵结构设置于第一基板的下表面和第二基板的上表面之间；所述第一周期性点阵结构设置于第一基板的上表面，所述第三周期性点阵结构设置于第二基板的下表面。设计过程中，将凝聚态物理中丰富的物理效应与传统声学波导结构设计巧妙结合。在凝聚态物理中，由于结构周期性以及布拉格散射，能量在倒格矢空间中呈现带状分布，从而可以有效调控能量的传播，从而提高传统声学器件的信号保真度和信噪比。

技术领域

本发明属于弹性模量周期变化的连续介质超构材料领域，特别涉及一种基于三维金属打印技术的双层C6v点阵超材料传感器。

背景技术

在传统的声学集成器件中，提高系统的信号保真度和信噪比一直是研究人员关注的焦点。然而，由于加工精度误差和环境噪声的干扰，大部分声学信号被声学器件的缺陷所散射，环境噪声也会覆盖需要测量的目标信号。因此，信号失真和低信噪比一直是声学集成器件需要解决的问题，克服环境噪声的鲁棒性对于传统声学器件性能的提升有很大的局限性。21世纪初，科学家从理论上发现了拓扑相变和拓扑相物质。在不同拓扑的相界面处，无能隙拓扑保护的边界态具有抗缺陷的鲁棒传输特性。有鉴于此，拓扑相变理论已从凝聚态物理广泛扩展到光声集成器件的设计。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于三维金属打印技术的双层C6v点阵超材料传感器。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于三维金属打印技术的双层C6v点阵超材料传感器，包括三维金属打印一体成型的第一周期性点阵结构、第一基板、第二周期性点阵结构、第二基板和第三周期性点阵结构，所述第二周期性点阵结构设置于第一基板的下表面和第二基板的上表面之间；所述第一周期性点阵结构设置于第一基板的上表面，所述第三周期性点阵结构设置于第二基板的下表面；

所述第一周期性点阵结构关于第一基板的中轴线BB’对称，所述第一周期性点阵结构在中轴线BB’的左侧包括N个点阵单元，所述点阵单元包括第一散射体、第二散射体、第三散射体和第四散射体，所述第一散射体、第二散射体、第三散射体和第四散射体依次按列排列，每列第一散射体、第二散射体、第三散射体和第四散射体的个数均为M；第一散射体和第二散射体纵向交错排列，第二散射体和第三散射体横向并列，第三散射体和第四散射体纵向交错排列；点阵单元具有平移周期性，前一个点阵单元的第四散射体和后一个点阵单元的第一散射体横向并列；第一散射体和第三散射体大小相同，第二散射体和第四散射体大小相同；第一散射体、第二散射体、第三散射体和第四散射体的上述排列形成C6v六方晶格；

所述第三周期性点阵结构关于中轴线BB’对称，所述第三周期性点阵结构在中轴线BB’的左侧的结构与第一周期性点阵结构在中轴线BB’的右侧的结构相同；

所述第二周期性点阵结构在中轴线BB’的左侧，从远离中轴线BB’的一侧至靠近中轴线BB’，第五散射体按列交错排列，每列第五散射体的个数为M；所述第二周期性点阵结构关于第一基板的中轴线BB’对称；将所述第一周期性点阵结构以及第二周期性点阵结构映射至线AA’所在的水平面上，第五散射体能够填充第一周期性点阵结构的间隙。

在一种实现方式中，所述第一周期性点阵结构中每列第一散射体、第二散射体、第三散射体和第四散射体的个数M设置为11，在中轴线BB’的一侧点阵单元的个数N设置为4；第二周期性点阵结构中每列第五散射体的个数也设置为M＝11，在中轴线BB’的一侧第五散射体的总列数L设置为8。

在一种实现方式中，所述第一散射体、第二散射体第三散射体、第四散射体和第五散射体为圆柱形，第二散射体和第一散射体的半径比为0.8；第一散射体和第五散射体的半径相同。