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研究人員基于聲學超材料實現了寬頻亞波長聲場聚焦
2020/09/16 | 作者:中科院噪声与振动重点实验室 杨玉真 | 【 【打印】【關閉】

  聲聚焦在醫學成像、無損探傷、地質勘探中均有十分重要的應用價值。由于自由空間中瑞利衍射極限的限制,聲聚焦的焦斑通常大于半波長,如何提高聲聚焦時的聲場能量和減小焦斑尺寸一直是研究人員重點關注的問題。近年來,隨著超材料的發展,用具有亞波長尺寸的超材料微結構與聲波相互作用實現焦斑尺寸小于半波長的超分辨聚焦得到了科研人員的廣泛關注。

  近期,中科院噪聲與振動重點實驗室賈晗研究員與西安交通大學馬富銀副教授合作研究,提出了一種利用空間與時間協同調制的聲聚焦方法,並通過時間反演聲聚焦技術與聲學結構中局域效應共同作用實現了寬頻亞波長聲場聚焦。

  相關研究成果已在線發表于國際學術期刊 Journal of Materials Chemistry C 並被選爲當期封面文章。

  研究人員在空間不同位置記錄點聲源發出的聲信號,並利用時間反演技術實現聲波聚焦。然後,在焦斑位置引入亞波長尺寸的聲學開口腔結構,有效地將聲波能量約束在結構內部,既增強聲場能量,也大幅減小焦斑尺寸,獲得聲波亞波長聚焦。研究結果表明,由于聲學開口腔結構中的共振與腔內聲波多重反射的協同作用,該體系能夠在較寬頻段內實現亞波長聚焦。

  同時,研究人員引入俄羅斯套娃結構來增強聲波在結構內的多重反射,有效提升了焦斑的聲場強度。

  本研究受國家自然科學基金(No.51705395, No.11874383)資助。

  

  圖1 基于時空協同調制的寬帶聲亞波長聚焦效果圖被選爲期刊當期封面(圖/中科院聲學所)

  

  圖2 a)聲學開口腔結構中共振與聲波多重散射的協同作用示意圖,(b3D打印的實物樣件,(c)聲聚焦時域測量圖,(d)聲聚焦空間聲場圖(圖/中科院聲學所)

  關鍵詞:

  時間反演;亞波長;聲聚焦

  參考文獻:

  MA Fuyin, CHEN Jianyu, WU Jiuhui, JIA Han. Realizing broadband sub-wavelength focusing and a high intensity enhancement with a space-time synergetic modulated acoustic prison. Journal of Materials Chemistry C, 2020, 8, 9511-9519. DOI: 10.1039/D0TC01984D.

  論文鏈接:

  https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/TC/D0TC01984D#!divAbstract

 
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