Farklı kristal geometrilere sahip sonik kristallerin odaklama özelliklerinin deneysel olarak incelenmesi

Abstract

Elektromanyetik dalgalar için yapılan negatif kırılma indisi araştırmaları, son yıllarda akustik dalgalar içinde yapılmaya başlanmış ve sonik kristal yapılar ile fotonik kristal yapılar arasında büyük benzerlikler kurulmuştur. Sonik kristal yapıların bant aralığı ve negatif kırılma gibi ilginç özellikleri son yıllarda ilgi çekici olmuştur. Yapılmış olan çalışmalarla birlikte akustik dalgalarda negatif kırılma indisinin sağladığı odaklama, görüntüleme ve dalga ışınlarının yönlendirilmesi konularında ilerlemeler sağlanmıştır. Bu ise, özellikle lineer etkileri kullanan birçok medikal aletlerin geliştirilebilmesine yardımcı olmaktadır. Bu tezin amacı, farklı kristal geometrilerine sahip sonik kristallerin odaklama özelliklerinin uygun frekans bölgesinde incelenmesidir. Bu amaca yönelik olarak eşkenar üçgen, ikizkenar üçgen, kare, bal peteği ve basık bal peteği geometrisine sahip sonik kristal yapılar kullanılmıştır. Ayrıca her bir geometri için üç farklı yoğunluğa (alüminyum, plastik, çelik) sahip silindir çubuklar kullanılarak, yoğunluğun odaklama özelliği üzerindeki etkisi tartışılmıştır. Geliştirilmiş olan deneysel düzenek yardımıyla, her bir geometriye sahip sonik kristal yapıların akustik eksen ölçüm sonuçları, akustik eksen ve sonik kristal yapıya dik olan radyal eksen tarafından oluşturulan alan üzerinde yapılan ölçüm sonuçları sunulmuştur. Ayrıca Plane-Wave-Expansion metodu kullanılarak eşkenar üçgen, kare ve bal peteği kristal örgü geometrisine sahip sonik kristal yapıların bant yapısı ve eş frekans yüzeyi karakteristikleri verilmiştir. Yapılacak ek çalışmalara kısaca değinilmiştir.

Negative refraction studies done for electromagnetic waves have enlarged for acoustic waves for decade and considerable similarities were found between sonic and photonic crystals. Many properties were seen in band structure of sonic crystal and negative refraction properties were investigated to develop applications such as sound isolation, acoustic lens. In the acoustic lens studies, acoustic devices, which focus sound wave to a focal point, were implemented practically. It will particularly contribute development of the medical equipments, based on the linear acoustic properties. The aim of this thesis is to investigate effects of different lattice geometries and effect of various scattering material on focusing properties of sonic crystals. For these proposes, lattice geometries of equilateral triangle, isosceles triangle, square, honeycomb, pressed down honeycomb were used for focusing of sound in convenient frequency. In addition, for every lattice geometry, three different scattering materials, which are aluminum, steel and perspex , were tested. In experimental study, for sonic crystals composed of different lattice geometry and scattering materials, intensity measurements along acoustic axis and intensity measurements on the area, which is specified by acoustic axis and radial axis that is perpendicular to acoustic axis, were presented in the thesis. For numerical analysis, Plane-Wave-Expansion method was used for band structure and equifrequency surface analysis of equilateral triangle, square, honeycomb lattice geometries. Obtained results from experimental study and numerical analysis were discussed. Future works were also outlined briefly.