声学超常界面研究概况.pptVIP

报告人：李青蔚 声学超表面的研究进展 声学超表面是近一两年人 工声学超材料（acoustic metamaterial）研究的最 新发展方向和研究热点之 一，声学超表面的出现很 大程度上来源于与电磁超 表面的一些类比。 Plasmonic metasurfaces举例 Planar Photonics with Metasurfaces,Alexander V. Kildishev et al.Science 339, (2013);DOI: 10.1126/science.1232009 电磁超表面理念 广义斯涅尔定律：两种介质分界面上的相位不连续 由费马原理： 一，coiling up space 来自电磁超表面的启发，人们想到作为另一类经典波——声波，如能设计出能调控声波相位或者振动方向的声学超表面，将为声波的操控提供全新的思路，对于声学器件乃至整个声学领域均有深远意义 下面介绍第一类声超表面，“Acoustic focusing by coiling up space” 2012年City University of Hong Kong的研究 刚性的固体梁（例如黄铜），形成了流体通道网络，图b是一个简化的直通道示意图 the Floquet-Bloch theory，图b的色散关系: 分别代表两个方向的布洛赫波的相位， 是背景介质声波波数， 代表 卷曲空间的等效折射率，上述方程很好地描述了这种超材料的能带结构 用comsol全波 模拟能到能带图： b-d代表第一能带 第三、第五能带 等频线 折射率、阻抗、质量密度、体积模量（相对于背景媒质归一化）随归一化频率的变化 区别于传统的将两种物质交叉种叠在一起利用共振来实现双负的特性，这里仅仅卷曲空间得到高的相对折射率就可以实现 应用举例 声棱镜：高斯声束单位振幅宽度15.4a ,归一化频率 在该频率处相对折射率 ，由于模拟中水平方向阻抗不匹配，出射振幅强度约为0.4 ，b图模拟的是 ，以示验证和对比 超低频时密度接近0（类比于 的电磁波现象）的验证 平面波左侧入射，10*14 个微结构单元 以上都是实现参数各向 同性化，那么通过调微 结构通道长度的纵横比 可实现各向异性 南京大学程建春小组2013年发表的colling up space超常界面 Reflected wavefront manipulation based on ultrathin planar acoustic metasurfaces.Yong Li, Bin Liang, Zhong-ming Gu, Xin-ye Zou Jian-chun Cheng.| 3 : 2546 | DOI: 10.1038/srep02546 每个微单元产生的反射波相位可以通过对单一参数a的调节来实现范围内的任意调控 8个尺寸不同的单元结构形成的反射波的压力场分布(某一时刻的p(x,y)), 明显看出其峰值位置变化覆盖了一个波长 广义斯涅尔定律下的异常反射图解： 反射角： 那么选取合适的 ，就可以不程度的操控反射波波前。 实际应用举例 1，设计相位分布 ， 则反射角为90度，原先的入射 波便会沿着超表面附近传播。 右图表示体声波到表面波的 转换。 2，声学聚焦，平板声学透镜和锥透镜。引入双曲相位： ?=3λ为焦距的透镜的声学 强度分布： 横剖面（x=63cm）的强度分布 总的来说： 武汉大学2014年发表，区别于南大设计 平面波沿着+y方向正入射，工作频率2.55kHz，相邻单元引起的相位π/4阶梯变化 Anomalous refraction of airborne sound through ultrathin metasurfaces，Kun Tang, Chunyin Qiu, Manzhu Ke, Jiuyang Lu, Yangtao Ye Zhengyou Liu，SCIENTIFIC REPORTS | 4 : 6517 | DOI: 10.1038/srep06517. 相位累积在共振附近很明显 临界角： GSL： 相邻单元结构之间没有空隙，会提供声波的高转换效率 Numerical demonstrations.