1.本发明属于和声学超材料技术领域，涉及一种可调控拓扑声传输声学开关。
背景技术：
2.声拓扑绝缘体以其优越的背向散射抑制能力近年来收到了国内外学者的广泛关注，利用声拓扑绝缘体利用声拓扑绝缘体可以设计出性能优越的声波导器件。基于声谷霍尔效应的声拓扑绝缘体可以在两个具有不同谷霍尔相的边界上观察到受拓扑保护的边界态传输。虽然目前针对声拓扑绝缘体的研究很多，但是在可调控拓扑声研究方面的工作却很少。由于拓扑声传输对微小的结构缺陷不敏感，所以目前针对可调控拓扑声传输的研究往往局限在对整体媒质参数的改变或者对于多个散射体状态的改变。
3.上述方法操作复杂不易实现，因此设计出一种能够快速调控特定频段内拓扑声传输导通与截至的声学开关具有重要的意义。
技术实现要素：
4.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可调控拓扑声传输的声学开关，以解决声学开关不能快速调控特定频段内拓扑声传输导通与截至的问题。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.本发明所公开的一种可调控拓扑声传输的声学开关，其特征在于：其特征在于：包括声拓扑绝缘体和声学杂质；
7.所述声拓扑绝缘体由声拓扑绝缘体ⅰ和声拓扑绝缘体ⅱ组成，声拓扑绝缘体ⅰ为声拓扑绝缘体的上半部分，声拓扑绝缘体ⅱ为声拓扑绝缘体的下半部分，声拓扑绝缘体ⅰ和声拓扑绝缘体ⅱ的交界面为声拓扑绝缘体的边界；声学杂质设置在声拓扑绝缘体的边界上。
8.优选地，所述声拓扑绝缘体ⅰ和声拓扑绝缘体ⅱ均由若干晶胞层组成，若干晶胞层由若干晶胞排列组成；声拓扑绝缘体ⅰ的晶胞和声拓扑绝缘体ⅱ的晶胞具有不同的谷陈数。
9.优选地，所述晶胞均由截面为具有c3对称性的散射体组成，晶胞的二维截面为正六边形；相邻晶胞的中心距为晶格常数a；所述散射体转角为α，声拓扑绝缘体ⅰ的散射体的转角α＝30
°
，声拓扑绝缘体ⅱ的散射体的转角α＝
‑
30
°
。
10.优选地，声学杂质替换了声拓扑绝缘体的边界上的一个散射体。
11.优选地，晶格常数a＝50mm；所述散射体的截面的脚长为l＝0.32a，散射体的跨距为t＝0.16a，散射体的中心圆半径为r＝0.14a。
12.优选地，晶格常数a＝50mm；声学杂质的截面的脚长l1＝0.47a,声学杂质跨距t1＝0.188a，声学杂质中心圆半径r1＝0.14a。
13.优选地，所述散射体及声学杂质均由3d打印的光敏树脂材料制成。
14.优选地，所述声学杂质为截面具有c4对称性的结构，其转角为θ。
15.优选地，对于声拓扑绝缘体的边界模态的激发为使用高斯波束法向入射到声拓扑绝缘体的边界上。
16.优选地，所述声学杂质具有两种状态：当转角θ＝0
°
时，对应于on状态，此时特定频段内的声波沿声拓扑绝缘体的边界进行受拓扑保护的边界态传输；当转角θ＝45
°
时，对应于off状态，此时特定频段内的声波无法沿声拓扑绝缘体的边界传输。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
18.本发明所公开的一种可调控拓扑声传输的声学开关，声拓扑绝缘体ⅰ和声拓扑绝缘体ⅱ的交界面形成声拓扑绝缘体的边界，基于声谷霍尔效应所设计的声波导可以在声拓扑绝缘体的边界上实现受拓扑保护的边界态传输，即使在波导中引入缺陷和拐角也不会产生反射，可以实现较高的声传输效率；通过引入声学杂质，当其转角θ＝0
°
时，对应于on状态，此时特定频段内的声波沿声拓扑绝缘体的边界进行受拓扑保护的边界态传输；当其转角θ＝45
°
时，对应于off状态，此时特定频段内的声波无法沿声拓扑绝缘体的边界传输；使得该发明能够实现快速调控特定频段内拓扑声传输导通与截至。
19.进一步地，声拓扑绝缘体ⅰ和声拓扑绝缘体ⅱ均由若干晶胞层组成，且声拓扑绝缘体ⅰ的晶胞和声拓扑绝缘体ⅱ的晶胞具有不同的谷陈数，有利于实现拓扑声传输。
20.进一步地，声拓扑绝缘体ⅰ的散射体与拓扑绝缘体ⅱ的散射体的转角不同，使二者晶胞具有不同的谷陈数，有利于实现拓扑声传输。
21.进一步地，声学杂质替换了声拓扑绝缘体的边界上的一个散射体，有利于实现声传输的导通和截止的调控。
22.进一步地，采用所述散射体及声学杂质，通过调节其参数值l,t,r,l1,t1和r1实现对不同频率的声传输的控制。
23.进一步地，散射体结构及声学杂质均为3d打印的光敏树脂材料成型精度高,可以做到微米级别,表面光滑,质量好，可重复利用，节省成本。
24.进一步地，采用截面具有c4对称性的声学杂质，有利于打破原结构的对称性，实现声传输的导通和截止的调控。
25.进一步地，利用声学杂质的两种状态，旋转杂质，当其转角θ＝0
°
时，对应于on状态，此时特定频段内的声波沿声拓扑绝缘体的边界进行受拓扑保护的边界态传输；当其转角θ＝45
°
时，对应于off状态，此时特定频段内的声波无法沿声拓扑绝缘体的边界传输；可以方便地控制声拓扑绝缘体的导通与截至，简单快捷的对特定频段内拓扑声传输导通与截至进行控制，为快速切换特定频段拓扑声传输的导通与截至提供了方法，简实现较高的声传输效率和转换。
附图说明
26.图1为本发明所述的一种可调控拓扑声传输的声学开关示意图；
27.图2中(a)为晶胞结构示意图，(b)为单个声学杂质结构示意图；
28.图3中(a)为散射体转角为0
°
晶胞结构示意图；(b)为对其第一布里渊区“γ
‑
k
‑
m
‑
γ”路径进行能带扫描所得到的能带结构图。
29.图4中(a)为散射体转角为30
°
晶胞结构示意图；(b)为散射体转角为
‑
30
°
晶胞结构示意图；(c)为不同转角的两晶胞第一布里渊区“γ
‑
k
‑
m
‑
γ”路径进行能带扫描所得到的能带结构图。
30.图5中(a)为声拓扑绝缘体超晶格结构示意图，(b)为沿该超晶格结构内波矢kx从
‑
0.5到0.5扫描时计算的超晶格能带图。
31.图6为不同声学杂质转角状态下，声波沿声拓扑绝缘体的传输谱。
32.图7中(a)为声学杂质处于on状态，频率为3760hz的声波沿声拓扑绝缘体传输时的声压场分布；(b)为声学杂质处于off状态，频率为3760hz的声波沿声拓扑绝缘体传输时的声压场分布。
33.图8中(a)为声学杂质处于on状态，频率为3760hz的声波沿声拓扑绝缘体传输时的声能流分布；(b)为声学杂质处于off状态，频率为3760hz的声波沿声拓扑绝缘体传输时的声能流分布。
34.其中：1
‑
声拓扑绝缘体ⅰ；2
‑
声拓扑绝缘体ⅱ；3
‑
声学杂质；4
‑
晶胞；5
‑
散射体；6
‑
声拓扑绝缘体的边界。
具体实施方式
35.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
36.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
37.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
38.参见图1，本发明所涉及的一种可调控拓扑声传输的声学开关由声拓扑绝缘体和声学杂质3组成。
39.所述声拓扑绝缘体由声拓扑绝缘体ⅰ1和声拓扑绝缘体ⅱ2组成，声拓扑绝缘体ⅰ1为声拓扑绝缘体的上半部分，声拓扑绝缘体ⅱ2为声拓扑绝缘体的下半部分，声拓扑绝缘体ⅰ1和声拓扑绝缘体ⅱ2的交界面为声拓扑绝缘体的边界6；声学杂质3设置在声拓扑绝缘体的边界6上。
40.所述声拓扑绝缘体ⅰ1和声拓扑绝缘体ⅱ2均由多层晶胞4组成，但是声拓扑绝缘体ⅰ1和声拓扑绝缘体ⅱ2晶胞4具有不同的谷陈数，晶胞4均由截面为具有c3对称性的散射体5组成，晶胞的二维截面为正六边形；所述相邻晶胞的中心距为晶格常数a；所述散射体5转角为α，声拓扑绝缘体ⅰ1的散射体5转角满足α＝30
°
，声拓扑绝缘体ⅱ2的散射体5转角满足α＝
‑
30
°
；所述声学杂质3为截面具有c4对称性的结构，其转角为θ。
41.进一步地，所述声学杂质3位于声拓扑绝缘体的边界上，替换了声拓扑绝缘体边界上的一个散射体5。散射体5及声学杂质3均为3d打印的光敏树脂材料。
42.进一步地，对于声拓扑绝缘体的边界模态的激发为使用高斯波束法向入射到声拓
扑绝缘体的边界6上。
43.进一步地，所述声拓扑绝缘体ⅰ1和声拓扑绝缘体ⅱ2分别由8层晶胞4结构排列而成。
44.当将具有c4对称性的声学杂质3代替声拓扑绝缘体的边界6附近的一个具有c3对称性地散射体5，就构成了如图1所示的一种可调控拓扑声传输的声学开关。声学杂质3起到了调控拓扑声传输的作用。当声学杂质3转角θ＝0
°
时，对应于on状态此时特定频段内的声波可以沿声拓扑绝缘体的边界6进行受拓扑保护的边界态传输，当其转角θ＝45
°
时，对应于off状态此时特定频段内的声波无法沿声拓扑绝缘体的边界6传输。
45.参见图2，(a)所示为散射体5，散射体5的截面的脚长为l＝0.32a，跨距为t＝0.16a，中心圆半径为r＝0.14a；(b)所示为声学杂质3，声学杂质3的截面的脚长l1＝0.47a,跨距t1＝0.188a，中心圆半径r1＝0.14a；其中，晶格常数a＝50mm。
46.参见图3，(a)为散射体5转角为0
°
晶胞结构示意图；(b)为对其第一布里渊区“γ
‑
k
‑
m
‑
γ”路径进行能带扫描所得到的能带结构图。为了实现声谷霍尔效应，需要打破具有c3v对称性系统在不可约布里渊区k点处的dirac简并；而通过旋转散射体5的转角可以使得系统由c3v对称性降低到c3对称性，从而打破dirac简并。
47.参见图4，(a)为散射体5转角为30
°
晶胞结构示意图；(b)为散射体5转角为
‑
30
°
晶胞结构示意图；(c)为不同转角的两晶胞第一布里渊区“γ
‑
k
‑
m
‑
γ”路径进行能带扫描所得到的能带结构图，dirac简并打破并形成带隙。尽管图4中(a)和(b)两个晶胞具有相同的能带但是他们拥有不同的谷陈数，在这两系统组成的声拓扑绝缘体的边界6上存在受拓扑保护的边界态传输。
48.参见图5，(a)为声拓扑绝缘体超晶格结构示意图，(b)为沿该超晶格结构内波矢kx从
‑
0.5到0.5扫描时计算的超晶格能带图。本实例中，选择α＝30
°
的位于上部而α＝
‑
30
°
的位于下部，构造了超晶格结构并计算了其超晶格能带图。
49.参见图6，当一束高斯波束从左侧法向入射声拓扑绝缘体的边界6上时，通过计算透过声拓扑绝缘体的透射谱可以发现对于3500hz
‑
3800 hz的声波而言，在on状态可以沿着声拓扑绝缘体的边界态进行受拓扑保护的边界态传输，而在off状态则无法透过声拓扑绝缘体。
50.参见图7，(a)为声学杂质处于on状态，频率为3760hz的声波沿声拓扑绝缘体传输时的声压场分布；(b)为声学杂质处于off状态，频率为3760hz的声波沿声拓扑绝缘体传输时的声压场分布。
51.参见图8，(a)为声学杂质处于on状态，频率为3760hz的声波沿声拓扑绝缘体传输时的声能流分布；(b)为声学杂质处于off状态，频率为3760hz的声波沿声拓扑绝缘体传输时的声能流分布。
52.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。