FILTRAGE ET DEMULTIPLEXAGE DANS LES CRISTAUX PHONONIQUES À DEUX DIMENSIONS   Y. Penneca,b, B. Djafari-Rouhanib, J.O. Vasseurb, A. Khelifc, P.A. Deymier.

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1 FILTRAGE ET DEMULTIPLEXAGE DANS LES CRISTAUX PHONONIQUES À DEUX DIMENSIONS
Y. Penneca,b, B. Djafari-Rouhanib, J.O. Vasseurb, A. Khelifc, P.A. Deymier d  a Laboratoire de Structure et Propriétés de l’Etat Solide, UMR CNRS 8008, Université de Lille1, Villeneuve d’Ascq Cédex b Laboratoire de Dynamique et Structure des Matériaux Moléculaires, UMR CNRS 8024, Université de Lille1, Villeneuve d’Ascq Cédex c Laboratoire de Physique et Métrologie des Oscillateurs, UPR CNRS 3203, Université de Franche-Comté,32 Avenue de l’Observatoire, Besançon d Department of Materials Science and Engineering, University of Arizona, Tucson, Arizona 85721, USA a X Z Y O INTRODUCTION Les cristaux phononiques sont les analogues acoustiques des cristaux photoniques. Ce sont des matériaux composites constitués d’assemblages périodiques d’inclusions dans une matrice. Les cristaux phononiques peuvent trouver des applications dans différents domaines, tels que le contrôle non destructif, l’imagerie médicale, les télécommunications, etc. Notre but est d’étudier théoriquement la transmission des ondes acoustiques à travers ce type de matériau composite. La discrétisation des équations d’élasticité se fait par la méthode FDTD. Dans ce travail, nous nous intéressons plus précisément au cas d’un cristal phononique constitué de cylindres d’acier dans une matrice d’eau. A. FILTRE PHONONIQUE Cylindres pleins ou creux Objectif: constituer un filtre fréquentiel à bande passante étroite. Système : réseau carré de cylindres creux d’ACIER immergés dans de l’EAU Coefficient de transmission selon la direction de propagation (01) Variation de la fréquence centrale de la bande passante étroite: - variation du diamètre intérieur des cylindres - modification de la nature du fluide à l’intérieur des cylindres creux. Z Y X a Exemple du mercure (fort contraste avec l’eau) Évolution de la fréquence centrale de la bande passante étroite en fonction du rayon interne des cylindres creux pour des cylindres remplis d’eau et de mercure eau Hg Ri Re a = 5 mm Re = 2 mm Ri variable déplacement de la fréquence de la bande passante étroite : 178 KHz  168 KHz Transmission fréquentielle sélective à bande passante étroite B. GUIDE PHONONIQUE A DEUX FREQUENCES Objectif : propagation de 2 fréquences dans un guide Système : alternance dans le guide de 2 cylindres de nature différente : cas du Mercure et de l’eau 0mm 15 60 -2 -1 1 2 25mm 85 Input signal - Guidage et transmission à travers le guide des deux fréquences caractéristiques du fluide remplissant le volume intérieur des cylindres creux (celle liée à l’eau et celle liée au Hg) Tracé du champ de déplacement pour les deux fréquences caractéristiques de 154 kHz (Hg) et de 172 kHz (eau) ; un cylindre sur deux présente un champ de déplacement important, conformément à l’alternance des cylindres et à la fréquence sélectionnée Courbe de transmission: Hg Eau Z Y X - Résultats analogues dans le cas d’une alternance de cylindres de rayons intérieurs différents Hg Eau C. APPLICATION AU DEMULTIPLEXAGE 3. Différentes combinaisons à l’intérieur du guide But : présentation de trois dispositifs conduisant à la séparation de deux fréquences La sélection en fréquence est réalisée par un dispositif actif. Pour avoir une seule fréquence en sortie de guide, on remplit les cylindres creux d’un même liquide (ici Mercure ou eau). Pour obtenir les deux fréquences ou au contraire aucune d’entre elles, nous proposons, pour le guide, les configurations suivantes: 1. Séparation par 2 guides d’onde parallèles 2. Guide en ‘Y’ Sélection de deux fréquences dans un 1er guide en alternance puis sélection de chacune des fréquences par séparation en deux branches A. Khelif et al, J. Appl. Phys. 94, 1308 (2003) 1 2 2 rangées de cylindres creux de diamètres intérieurs différents: le choix de la fréquence dépend de la position du détecteur O Z Y X 1 2 1 2 D. CONCLUSIONS Filtre phononique: Choix de la fréquence par variation du rayon intérieur et/ou par modification du contenu du cylindre Démultiplexage : Par injection de liquide dans les cylindres Par séparation à partir de deux guides parallèles Par séparation à l’aide d’un embranchement en ‘Y’ Guide acoustique : Transmission de deux fréquences à l’intérieur du guide: Principe du guide alterné E. PERSPECTIVES Démultiplexage : cristal phononique comportant deux guides d’onde et deux cavités Diagrammes de transmission (sorties 1 et 2) 1 Zéro de transmission à 172kHz, fréquence du défaut Le but est d’extraire une fréquence à partir d’un signal d’entrée large bande (0) et de transférer le signal extrait dans un second guide (2) Diagrammes de transmission (sorties 1 et 2) pour un système formé uniquement des deux guides : Signal d’entrée Transmission 1 1 dispositif de couplage 1 2 2 Signal transféré Transmission à 172kHz 2 2