基于声学超表面的声信息处理及应用

发布时间：2024-01-25 20:19

　　声学超表面是具有亚波长厚度的平面型声学超材料。通过对其微结构单元的排布,声学超表面能够自由地定制声场,并实现了许多新颖的物理现象,如异常反射或折射、吸声、全息、超稀疏反射、隐身等。相比于体积型声学超材料,声学超表面具有体积小、损耗低等许多优点,因此在构造声学功能器件中表现出巨大的应用前景。本文的研究内容涉及声学数学运算系统和常微分方程求解系统的实现,可调编码超表面及其完美负反射效应,非对称编码超表面及声学图像可控投射的实现。第一章绪论部分主要介绍了超表面相关的研究内容、最新进展及现状,并概述了本论文的主要研究内容。第二章中,基于全透射聚焦超表面和反射型计算超表面,提出了声学模拟计算系统。通过引入声学镀膜型迷宫单元,构造出了全透射聚焦超表面,其中声学镀膜型迷宫单元的透射率为100%,且可以提供0～271的相位调控范围。通过引入声学带孔镀膜型迷宫单元,构造出了声学反射计算超表面,其反射幅值和相位可解耦调控。对于一个入射声信号,所提出的模拟计算系统可对其执行一些数学运算,如空间微分、积分、卷积。第三章中,将计算超表面应用于常微分方程的求解中。基于锥型迷宫单元,实现聚焦超表面和计算超表面,并设...

【文章页数】：117 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 声学超材料简介
    1.3 声学超表面
        1.3.1 声学超表面概述
        1.3.2 声学超表面散射系数的计算方法
        1.3.3 研究现状
    1.4 本论文的主要研究内容
第二章 基于带孔镀膜型迷宫声学超表面的声信号数学计算
    2.1 引言
    2.2 声信号数学运算的理论模型
    2.3 声学傅里叶变换的实现
        2.3.1 聚焦超表面的傅里叶特性
        2.3.2 聚焦超表面的离散化
        2.3.3 超高透射声学相位调控单元
        2.3.4 声信号的傅里叶变换
    2.4 声学解耦单元的实现
        2.4.1 理想的声学解耦单元
        2.4.2 开孔板单元
        2.4.3 镀膜型迷宫单元与开孔单元的复合
    2.5 声信号的数学运算
        2.5.1 微分
        2.5.2 积分
        2.5.3 卷积
    2.6 本章小结
第三章 基于锥型迷宫声学超表面的常微分方程求解
    3.1 引言
    3.2 基于声学超表面常微分方程求解的理论模型
    3.3 基于声学超表面常微分方程求解的实现
        3.3.1 声学超表面的离散化
        3.3.2 锥型迷宫单元
        3.3.3 声学傅里叶变换
        3.3.4 常微分方程的求解
    3.4 结果分析
        3.4.1 带宽分析
        3.4.2 误差分析
        3.4.3 入射声信号的限定
        3.4.4 聚焦超表面的焦距
    3.5 数学运算
    3.6 本章小结
第四章 编码声学超表面对声波的异常操控
    4.1 引言
    4.2 超薄透射型编码声学超表面
        4.2.1 超薄迷宫结构
        4.2.2 声束调控
    4.3 可调反射型编码声学超表面
        4.3.1 声栅方程
        4.3.2 多余反射模式的消除及镜面反射的抑制
        4.3.3 完美声学负反射的实现
        4.3.4 数值仿真及实验验证
        4.3.5 声彩虹的生成
    4.4 本章小结
第五章 非对称编码声学超表面用于声学图像投射
    5.1 引言
    5.2 相干控制投射
        5.2.1 工作原理
        5.2.2 反射非对称性可调的声学单元
        5.2.3 非对称编码声学超表面的实现
        5.2.4 数值仿真及实验验证
    5.3 声学图像投射的加密和解密
        5.3.1 工作原理
        5.3.2 声学加密图像的设计
        5.3.3 复合声学超表面实现声学图像的加密和解密
        5.3.4 数值仿真及实验验证
    5.4 本章小结
第六章 总结和展望
    6.1 研究工作总结
    6.2 前景与展望
参考文献
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致谢



本文编号：3885490