近日，机械工程学院波动力学与控制实验室与法国FEMTO研究所合作在国际高水平期刊《Applied Physics Letter》上发表题为“Reconfigurable frequency demultiplexer using coupled-resonator elastic waveguides”的论文，并被遴选为编辑精选（Editors’ Pick）论文。2021级工程力学拔尖班本科生崔一鸣与2021级工程力学强基班本科生董昊然为论文的共同第一作者，天津大学王艳锋教授为论文的通讯作者，天津大学汪越胜教授与法国FEMTO研究所Vincent Laude教授参与了该项研究与论文修改。两位本科生2021年起在王艳锋教授的指导下开展科研学习，2022-2023年两位本科生参与汪越胜教授与王艳锋教授指导的天津市级大创项目并开始接触课题。顺利结题后，在王艳锋教授的指导下进一步深入探究并进行了一系列的仿真计算与实验测试工作完成了课题工作。

人工周期性结构中的声波与弹性波调控研究一直备受关注。在结构中引入缺陷可以打破原有的周期性，使带隙内出现缺陷态，波可以沿着缺陷链传播。在耦合谐振弹性波导中，波幅在远离缺陷时呈指数衰减，从而使波有很强的局域性。大多数基于周期结构的声学设备有固定的工作频率范围，材料与几何参数在制造后难以重新配置。因此，对声波与弹性波的可调谐与可重构操纵亟待研究。

研究团队提出了使用耦合共振弹性波导的可重构频率解复用器，通过将螺纹杆用螺母固定，并连接到穿孔的二维声子晶体板上，形成用螺纹杆缺陷组成的可重构耦合共振弹性波导，调整螺纹杆的装配长度，可以在完整的带隙内连续调节缺陷的谐振频率。将三个平行的直波导耦合形成声子线路，通过精确操纵螺纹杆组件的长度，可以实现Lamb波的频率解复用。实验结果与数值模拟非常吻合。这项工作对于可重构声学设备的实际设计有重要意义。

首先，根据螺纹杆的装配长度确定了在不同频率谐振的两种缺陷，通过超胞计算确定了孤立缺陷模态的谐振频率，计算得到的本征模解释了其对波传输的贡献。

完美单胞与两种缺陷的示意图与实验测量设置

选定频率下两种缺陷的本征模

接下来耦合三条相同的平行直波导构建了在缺陷谐振频率下工作的Lamb波空间解复用器。再将两种缺陷构成的直波导耦合，可以实现Lamb波在两个共振频率下解复用，进一步计算耦合共振超胞说明了频率解复用器的理论可行性。Lamb波被很好的局域在缺陷处。在所有情况下，实验测量结果与数值结果都相当吻合。

空间解复用器

频率解复用器与耦合共振超胞及其能带结构

该项工作得到了国家自然科学基金和EIPHI研究所等项目的支持。两位本科生的成长也离不开波动力学与控制课题组马宇科、郭崴、朱童、田雨泽、周红涛等同学的热心帮助。

机械工程学院一直高度重视本科生科研能力的培养，鼓励学生参与高水平的科学研究与国际合作。依托国家“强基计划”与“拔尖计划”的独特培养模式，学生可以在本科阶段即可接触并参与科研训练，从而激发其自主学习意识，提升其学习能力、创新能力、实践能力，培养合作精神。

原文链接：https://doi.org/10.1063/5.0221138