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研究人員將損耗引入聲學衍射柵成功實現衍射調控
2020/08/14 | 作者:中科院噪声与振动重点实验室 杨玉真 | 【 【打印】【關閉】

  聲波的非對稱傳輸特性在聲學二極管、聲通訊收發隔離等方面有重要用途,成爲聲學領域中一個重要的研究課題。非對稱傳輸聲學器件通常采用非線性或者有源結構來實現,但這些結構往往很複雜且體積龐大。近年來,帶有損耗的非厄密聲學體系爲實現線性介質中的非對稱聲學透射或反射提供了新途徑。

  近期,中科院噪聲與振動重點實驗室的博士生楊玉真及其導師楊軍研究員、賈晗研究員等人通過引入周期調制的損耗,利用聲柵實部折射率和損耗對衍射的共同調制作用,在非厄密聲學衍射柵中成功實現了對衍射束聲能量的調控。

  相關研究成果20205月在線發表于國際學術期刊 Applied Physics Letters

  在以往利用聲學人工結構實現聚焦、成像等聲波傳播調制的工作中,損耗通常被視爲不利因素。本研究卻利用損耗和實部折射率的相互作用,實現對聲柵中衍射束的調控。

  研究人員通過在波導板上開設輻射小孔以引入損耗(圖1a),並設置內插柱子阻擋聲波在波導內的直接傳播,增大了實部折射率(圖1b)。這兩種結構對損耗和實部折射率的調制相對獨立,只需將它們組合(圖1c),即可實現對損耗和實部折射率的共同調節。將開設小孔的波導板、內插柱子以及二者組合體這三種結構各取30個分別排列後再組合在一起,得到聲柵的一個樣件單元,實物樣件采用3D打印技術,由感光樹脂固化而成(圖1d)。

  爲了驗證該非厄密聲柵的衍射調控能力,研究人員對其進行了仿真和實驗研究。3.1kHz處的仿真和實驗測量聲場如圖2所示,相對無損耗聲柵而言,引入損耗的非厄密聲柵負入射的+1階衍射束受到完全抑制,而正入射情況下-1階衍射束的能量反而得到增強。因爲在實部折射率和損耗對衍射的共同作用下,此時+1階衍射波矢的強度爲零,但是引入損耗反而增大了-1階衍射波矢的強度。

  利用損耗調控衍射聲能量分布的方法爲聲傳播的調控提供了新的途徑和方式。

  本研究得到國家自然科學基金(No.11874387)資助。

  

  圖1 結構示意圖:(a)輻射小孔結構,(b)內插柱子結構,(c)組合結構,(d3D打印的實物樣件(圖/中科院聲學所)

  

  圖2 仿真和實驗測量聲場:(a)非厄密聲柵的負入射,(b)非厄密聲柵的正入射,(c)無損耗聲柵的正入射(圖/中科院聲學所)

  關鍵詞:

  衍射調控;非厄密聲學衍射柵

  參考文獻:

  YANG Yuzhen, JIA Han, WANG Suhao, ZHANG Peng, YANG Jun. Diffraction control in a non-Hermitian acoustic grating. Applied Physics Letters 2020, 116(21), 213501. DOI: 10.1063/5.0004104.

  論文鏈接:

  https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0004104

 
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