时空调制弹性波环行器中的非互易性与模式转换

具有时空相关材料属性的声学与弹性超材料近来作为打破传播机械波互易性、实现更强方向控制的方法受到极大关注。在声学与电磁学领域已演示的一种非互易器件是环行器，其通过网络端口实现单向旋转传输。本工作研究一种弹性波环行器，其由薄弹性环与三个半无限弹性波导连接构成，形成三端口网络。通过对环的弹性模量进行旋转式调制，对纵波和横波均实现非互易性。推导并实现了两个数值模型以计算环行器中的弹性波场。第一个是基于耦合模理论的近似模型，利用未调制系统的已知模态振型。第二个是有限元方法，包含调制频率谐波的傅里叶展开及端口处的辐射边界条件。耦合模模型与有限元模型高度吻合，并给出了使高度非互易性成为可能的调制参数条件。本工作证明，可创建一种弹性波环行器，实现入射纵波向出射纵波与横波的非互易模式分离。