硬軟層状構造体におけるプレートモード弾性波の伝搬特性の解析とその応用に関する研究

本年度は前年度に引き続き、フォノニック結晶における波動伝搬の解析および制御を目的として研究を行った。前年度は、焦点距離を可変とすることが可能なフォノニック結晶の形状を考察し、有限要素法解析によりその実現可能性を示した。しかし、この提案形状では、音源が球面波にしか適用できない。実環境において、音響レンズを考える場合、必ずしも音源が球面波であるということはない。実際には、音源がレンズから波長に対して十分に離れている場合、最初は球面波であった波も、レンズに入射されるときには近似的に平面波として見なされる。そこで本年度は、音源が平面波である場合にも音波を集束できる音響フラットレンズを考案した。前年度と同様、層状構造体フォノニック結晶を用い、フォノニック結晶/液体/フォノニック結晶という3層構造体を用いた。1層目のフォノニック結晶を、入射された平面波の角度が広がるように設計し、2層目のフォノニック結晶において、広がった音波を負の屈折を用いて集束するように設計した。この構造に対して、有限要素法を用いることにより解析し、結果として、音源が平面波である場合にも、精度よく集束させることが可能であることが示せた。また、比較のため、従来のフォノニック結晶に平面波を入射した結果、音波は集束することなく、平面波のまま通り抜けた。これにより、本研究の提案構造の有効性を示すことができた。また、前年度の成果と合わせることにより、フォノニック結晶分野において、音波の集束位置を可変にすることと、音源が平面波である場合にも適用することで、一層柔軟な機能を持つフォノニック結晶の工業分野への適用が期待できる。

本年度は前年度に引き続き、フォノニック結晶における波動伝搬の解析および制御を目的として研究を行った。前年度は、焦点距離を可変とすることが可能なフォノニック結晶の形状を考察し、有限要素法解析によりその実現可能性を示した。しかし、この提案形状では、音源が球面波にしか適用できない。実環境において、音響レンズを考える場合、必ずしも音源が球面波であるということはない。実際には、音源がレンズから波長に対して十分に離れている場合、最初は球面波であった波も、レンズに入射されるときには近似的に平面波として見なされる。そこで本年度は、音源が平面波である場合にも音波を集束できる音響フラットレンズを考案した。前年度と同様、層状構造体フォノニック結晶を用い、フォノニック結晶/液体/フォノニック結晶という3層構造体を用いた。1層目のフォノニック結晶を、入射された平面波の角度が広がるように設計し、2層目のフォノニック結晶において、広がった音波を負の屈折を用いて集束するように設計した。この構造に対して、有限要素法を用いることにより解析し、結果として、音源が平面波である場合にも、精度よく集束させることが可能であることが示せた。また、比較のため、従来のフォノニック結晶に平面波を入射した結果、音波は集束することなく、平面波のまま通り抜けた。これにより、本研究の提案構造の有効性を示すことができた。また、前年度の成果と合わせることにより、フォノニック結晶分野において、音波の集束位置を可変にすることと、音源が平面波である場合にも適用することで、一層柔軟な機能を持つフォノニック結晶の工業分野への適用が期待できる。