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所布署的损耗型声超材料具有简易的开孔布局,声学旋转器作为一种极度的声学幻象器件

25 4月 , 2020  

二〇一四年11月四日,The American Institute of Physics
网址报导(作为Highlight)了物理高校声学研商所程建春课题组在声学超过常规材质方面包车型大巴钻研专业(
Physics Letters上[Appl. Phys. Lett.104,
083510],杂谈第一小编是南大物理大学大四本科生江雪同学,同盟通信小编是由自身校派赴United States佐治亚高校香槟分校致力访谈钻探的梁彬副助教。该工作第二回规划出一种简单神速的声场旋转器(acoustic
田野同志rotatorState of Qatar,可在宽带范围内对声波波阵面实行实用操控,使波阵面“旋转”起来,并在实行上得逞促成旋转效果。那为促成声场特殊操控提供新的大概,在生物艺术学成像和医治等世界上全体潜在价值。

二〇一五年11月,The American Institute of Physics
网站电视发表(作为Highlight)了物理大学声学切磋所刘晓峻教师课题组在声学超构材质方面包车型地铁研商专业(
of Applied Physics上[J. Appl. Phys. 118, 024505
],诗歌第一小编是博士生顾源同学,协同通信我是声学研究所程营副教师。该工作遵照薄膜阵列首次规划出一种简单神速的有着近零管用密度的声学超构材质(Density-Near-Zero
MetamaterialsState of Qatar,可在种种不一致情形下对声波进行有效调节,使之在通过大肆形状障碍物、直角波导和分束器时保持较高透射率和平面波阵面。这为促成声场特殊操控提供新的也许,在声学超分辨率成像等世界上具备隐私价值。

多年来,小编校物理大学声学研究所、人工微布局科学与才干联合创新中央程建春教授和梁彬教师在声波操控研讨方面获得第一突破,最新研讨成果以“Fine
manipulation of sound via lossy metamaterials with independent and
arbitrary reflection amplitude and phase”
为题发布在二零一八年5月二日的Nature Communications上 [Nature
Communications, 9, Article number:1632,
doi:10.1038/s41467-018-04103-0]。杂文的率先小编是南大博士生朱一凡,南彭城彬教授、程建春助教和华东国科大学技大学祝雪丰助教为一齐通信作者。

AIP的简报提议“好些个研讨职业致力于采纳超构材料来促成对声波的独特操控,譬喻声学隐身、声学幻象等。声学旋转器作为一种奇特的声学幻象器件,能够就要中间的声波波阵面旋转贰个一定的角度,那在事情发生前的钻探中并未有有过”。“该研讨组希望接收这种能够自由调节声波波阵面包车型地铁声学旋转器达成医疗超声仪器中对声波尤其标准的主宰,提升超声检查测验仪器的分辨率,改过对坏损组织成像和看病质量”。随后,Science
Daily、PHYSO普拉多G、Scientific American、Nanothchnology、PWranglerNewswire、Science Space & 罗布ots、RedOrbit、Haval&D
等多家网址相继转发了AIP对该职业的音讯报导。

AIP的通信提出“声波会被所蒙受的障碍物散射,引致信号损耗或有失。那可以还是不可以使声频限信号穿透障碍物而不被影响吗?近来,中黄炎子孙民共和国南大的钻探者通过聚合物薄膜布局的声学人工材料达成了那点”,“他们的果实获得了卓有功用密度近零的声学超构材质,赋予轻易的传导线互联网以心心念念的属性,如高效直角波导和分束、声隐身等。而且切磋者能够透过调解薄膜天性来调治传输线互联网的职业频率,那是后边的原型器件中没有落到实处的”。“该商讨组希望接纳这种能够火速调整声波波阵面包车型大巴薄膜互连网达成平面放大声学超透镜,获得突破守旧成像系统终端的亚波长超分辨率”。随后,Science
Daily、PHYSOWranglerG、Physics News、Science News
Line、Press-news、Eurekalert、Nanotech-Now、Space Daily、Newswise、World
Wide Science、The British Post、International Nuclear Information
System等多家网址相继转发了AIP对该专门的学问的新闻广播发表。

该职业选取损耗型声超质感第一次达成了声波振幅和相位的解耦操控,并通过试验呈现高水平单平面二维和多平面三个维度声全息生成等场景,注明了此类超材料对三个维度声场的迷你操控的力量。与历史观的纯相位声全息相比较,基崔明安幅和相位解耦操控的声全息方法具备设计简便、成像品质好和保真度高端首要优势。

转换声学(transformation acoustics卡塔尔(قطر‎和声学超构材料(acoustic
metamaterialState of Qatar是近年来科学界的两大钻探火爆。就算大家通过改动声学在答辩上落实了好些个诡异的声学现象,可是由坐标转变得到的布局参数日常装有很强的各向异性以至非均匀性,在大自然大约不或许找到切合需要的素材,那为实际行使和松手建议更高的挑战。程建春小组提议一种新的思绪,通过转移声学与声学超构材料的抢眼结合,设计具备各向异性参数的亚波长声学布局,并第三遍在争鸣和实验上贯彻声场旋转,实验样板和尝试结果见图1和图2。由于空头支票声学共振元件,该声场旋转器能够在很宽的频段内一蹴而就职业,并能通过调治结构参数灵活决定旋转角度。声学旋转器的安排性具备非常大的八面后珑,所需的材质参数轻便,相当的大裁减了规划与筹备的难度,为声波的特别操控提供了全新的两全大概性,因此具备大面积的施用前途。(南大声学研究所梁斌)

声波通过近零一蹴而就密度薄膜阵列暗暗提示图。

三个维度声场的精美调整是声学领域中长时间存在的第一科学难题,在超声成像与医疗、建筑声学及粒子操控等多少个领域都富有重大的接受前景。可是,任性多个声非确定性信号包含幅值和相位音信,声波的完全调节供给能够对三个自由度进行单独调制,但这仍为一个兼有挑战性的难题。其他方面,能量消耗的存在平时被以为会损坏声波操控功用,由此现成的声超质感探讨大都局限于无损耗的声学系统。程建春课题组建议了全新的探讨思路,通过人工引进受控的能量消耗,开荒了新的声波操控自由度,发展了损耗型声超材质的统筹理论,完成了对声波振幅和相位的解耦调制。所安排的损耗型声超材料具有简易的开孔构造,可选取3D打字与印刷实行飞速制备。通过在超质感背部设置吸取边界和调整布局参数,引进可控的败露损耗,严酷申明了该系统中反射声波的振幅和相位可以独家在[0,1]和[0,2π]界定内张开独立操控,并由此爆发高素质的Airy束、多关节聚集及声学全息投影,在答辩和实验上海展览中心示了基于新机制的声波精细操控效率。

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(物理大学 科学技巧处)

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图1:声波旋转器样本图。

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声全息重新建立暗意图。LAM声全息暗意图。指标全息图像。幅值相位全操控的数值模拟全息像。
古板纯相位法数值模拟全息像。

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图1对待了大幅度相位解耦调整与金钱观的纯相位调整方法在爆发高复杂度声全息方面包车型地铁技艺,幅值相位法声全息具备简易的规划进程,目的像为南少将徽图案。数值模拟结果证实,通过应用损耗型超材料对步长和相位进行单独操控,可发出高水平、高保真度的声全息,不唯有制止了复杂的计算机优化规划进度,其效劳亦不言自明优化守旧纯相位优化措施。

图2:、分别是3400Hz、5700Hz、6700Hz时仿真和试验结果相比图。右上方是旋转器中央区域仿真结果的放大图,右下方是应和区域的实行度量结果。

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图2目的全息图像。总括振幅相位遍及。LAM样本。数值模拟的振幅相位全息图。实验度量的振幅相位全息图。纯相位数值模拟图。相关度与作用的涉嫌。相关度与相差的涉及。相关度与背面阻抗的涉及。

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图3
多平面三维全息暗中表示图。总括振幅相位遍布。LAM样本。数值模拟的七个平面包车型大巴全息像。实验衡量的多个平面包车型大巴全息像。

图2和3分别展现了二维及三维声全息的尝试结果。利用损耗型超材质在单个平面上投射出树叶图案的二维声全息像,实验结果与模拟结果切合较好,优于守旧纯相位方法,并透过总计相关度来定量分析。基于此,进一层在执行上贯彻了多平面包车型客车三个维度声全息生成,数值和尝试结果体现了损耗型超材质可在四个不一致平面上各自投射字母“N”,
“J”, “U”。

该项职业取得国家关键研究开发安排、国家自然科学基金、南大登峰人才布署、新疆高档学园优势学科建设工程项目和南大大学子大学生创新力提高安顿等连串扶植。

(物理大学 科学技能处)


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