声学超表面对声波调控的研究

发布时间：2021-07-21 14:57

　　超表面是近几年新提出的概念,因为具有亚波长的厚度,一经提出就受到了广泛的关注,很快就成为了热点研究课题。类比光学超表面提出的声学超表面,在声学超材料领域也成为了重要的方向。本文首先研究了阻抗匹配型声学超表面对声波的多种调控方式,解释了声学超表面相位排布对声波调控的影响,并模拟了超表面调控声波的几种应用,比如,异常反射和折射现象、负反射、负折射、行波转化为表面波等。接着,设计了一种新型的基于赫姆赫兹共振腔结构的透射型声学超表面,并模拟验证了有效的调控声波的性能,列举了几个潜在的应用和特点,比如一种声波透射隔离器、超声贝塞尔波束发生器、异常透射和聚焦的频率展宽效应等。此外,根据涡旋波的拓扑荷数与一个环路中相位分布的关系,利用阻抗匹配型声学超表面空间相位的排布,仿真实现了对涡旋声波拓扑荷数的控制。最后,在涡旋波中引入相位缺陷,得到了缺陷波,有望在粒子控制方面发挥作用。以上研究结果对基于声学超表面的器件设计有一定的参考价值。声学超表面的一个主要特点是亚波长厚度,以此为基础的声学器件很容易往小型化、集成化方向发展,其主要特色还包括可以通过精细设计相位的排布,来实现对声波的任意调控。小型化的优势和... 

【文章来源】：广东工业大学广东省

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

折叠空间声学超表面

图 1-1 折叠空间声学超表面[50]。Fig. 1-1 Acoustic metasurface with space-coiling structure[50].2014 年，Cummer 教授等利用 3D 打印技术制备出了迷宫型声学超表面[61]，通过设的螺旋形通道，阻抗匹配得到了很好的改善。他们利用该声学超表面实现了声波的折射等现象。该课题组于 2016 年，利用迷宫型结构设计了反射型声学超表面[62]，如 1-2 所示，模拟了声波的异常反射、负反射、原路反射、斜入射波向表面波的转化一系列奇异反射现象。

广东工业大学硕士学位论文覆盖 2 相位的梯度变化，最重要的公式，指出了波长与超表面周期宽为遵循广义斯涅耳折射定律的异常沿透射端表面传播的表面波；当波来，极少部分的透射波以表面波的形该阻抗匹配型声学超表面对透射声合的很好。

【参考文献】：
期刊论文
[1]广义斯奈尔定律与声超表面[J]. 朱一凡,梁彬,程建春.  应用声学. 2018(01)
[2]声学超表面研究及应用进展[J]. 许卫锴,张蒙,王伟.  功能材料. 2017(11)
[3]声学超构表面[J]. 李勇.  物理. 2017(11)
[4]声波的“漩涡”——声学轨道角动量的产生、操控与应用[J]. 梁彬,程建春.  物理. 2017(10)
[5]二维三组元声子晶体Schoch效应及其调控[J]. 陈宗旺,姚源卫,吴福根,张欣,董华锋,陆水芳,韩理想.  中国科学:物理学 力学 天文学. 2017(06)
[6]二维三组元声子晶体中的半狄拉克点及奇异特性[J]. 高汉峰,张欣,吴福根,姚源卫.  物理学报. 2016(04)

博士论文
[1]超表面对声波波前的调控研究[D]. 唐昆.武汉大学 2016
[2]基于声人工结构的功能性器件研究[D]. 顾仲明.南京大学 2016
[3]声学人工结构材料及其物理效应的研究[D]. 倪旭.南京大学 2015
[4]基于声人工结构的声波调控研究[D]. 李勇.南京大学 2013

硕士论文
[1]二维声子晶体的Schoch效应及其调控[D]. 陈宗旺.广东工业大学 2017



本文编号：3295242