被動時空對稱聲學結構中非對稱衍射的實驗研究獲進展

科研信息網 劉洋 2019-10-11 17:38:31
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  非對稱傳輸在聲學通信和噪聲控制中有重要的應用價值,其理論研究和實驗驗證一直是科研人員關注的重點。在先前的研究工作中,聲學非對稱傳輸通常依靠聲學非線性效應和模式轉換來實現。近年來,研究人員將量子力學中時空對稱的概念引入聲學領域,通過在聲學體系中引入損耗和增益的調控,實現一維體系的單向隱身、無插入誤差傳感器和完美吸聲等新奇現象。

  為了增加時空對稱聲學結構的實用性,中國科學院聲學研究所噪聲與振動重點實驗室博士生楊玉真及其導師、研究員楊軍、研究員賈晗等人將時空對稱聲學擴展到二維空間,通過在聲學衍射柵中加入損耗,并利用實部折射率和虛部折射率的相互作用來提供非對稱的衍射波矢,從而首次實現PT系統非對稱衍射。

  相關研究成果919日在線發表于Physical Review Applied

  該課題組在波導板上增加側腔結構來增大等效折射率的實部,在波導板上開設漏聲小孔并鋪設吸聲棉引入聲能損耗。兩種結構對折射率實部和虛部的調節是相互獨立的,研究人員將兩種結構巧妙地組合在一起,實現了對折射率實部和虛部的共同調節。

  實驗測量了聲學衍射柵在2.7-3.3 kHz 范圍內的衍射效果。測量結果(圖2a))顯示一階被抑制衍射束聲場強度明顯低于一階未被抑制衍射束聲場強度。在測量區域的能量積分(圖2c))表明該聲學衍射柵在測量頻率范圍內具有強烈的非對稱衍射效應。

  在以往的聲學結構設計中,損耗通常被視為不利因素而被盡量抑制,該工作卻有效利用損耗來控制聲傳播,使得聲場的調控更加靈活。該工作中提出的聲學結構對非厄密聲學體系實驗研究亦有著重要的參考價值。

  該項研究得到國家自然科學基金(11874383)、中科院青年創新促進會(2017029)和聲學所英才計劃(QNYC201719)資助。

  論文鏈接

折射率調節分布,實驗結構和非對稱衍射聲場(圖/中科院聲學所)

  圖非對稱衍射聲場分布和強度比:(a)多個頻率下一階被抑制衍射束聲場(左)和一階未被抑制衍射束聲場(右);(b)正負一階衍射聲場強度比的仿真計算結果;(c)正負一階衍射聲場強度的實驗測量結果(圖/中科院聲學所)