声学旋转器作为一种特殊的声学幻象器件,该工作利用损耗型声超材料首次实现了声波振幅和相位的解耦操控

2016年十二月四日,The American Institute of Physics
网址报纸发表(作为Highlight)了物理大学声学钻探所程建春课题组在声学超过常规材料方面包车型大巴切磋职业(
Physics Letters上[Appl. Phys. Lett.104,
083510],诗歌第一作者是南大物理大学大四本科生江雪同学,同盟通信小编是由自己校派赴米利坚马萨诸塞高校香槟分校致力访谈钻探的梁彬副教师。该事业第二遍规划出一种轻松急忙的声场旋转器(acoustic
田野(field卡塔尔国rotator卡塔尔国,可在宽带范围内对声波波阵面举办有效操控,使波阵面“旋转”起来,并在实施上成功完毕旋转效果。那为完毕声场特殊操控提供新的或是,在生物经济学成像和临床等领域上具有隐私价值。

二〇一五年八月,The American Institute of Physics
网址电视发表(作为Highlight)了物理大学声学研讨所刘晓峻教师课题组在声学超构材料方面包车型地铁研究专业(
of Applied Physics上[J. Appl. Phys. 118, 024505
],随想第一小编是大学生生顾源同学,协作通信小编是声学研究所程营副教师。该工作依照薄膜阵列第叁遍设计出一种轻巧快捷的具备近零立竿见影密度的声学超构材质(Density-Near-Zero
Metamaterials卡塔尔,可在各样差别处境下对声波举办有效调节,使之在经过大肆形状障碍物、直角波导和分束器时保持较高透射率和平面波阵面。这为达成声场特殊操控提供新的或是,在声学超分辨率成像等领域上独具神秘价值。

方今,小编校物理高校声学探讨所、人工微构造科学与手艺联合校勘为主程建春教师和梁彬助教在声波操控钻探方面获得重大突破,最新商量成果以“Fine
manipulation of sound via lossy metamaterials with independent and
arbitrary reflection amplitude and phase”
为题发表在二零一八年四月二十五日的Nature Communications上 [Nature
Communications, 9, Article number:1632,
doi:10.1038/s41467-018-04103-0]。诗歌的第一笔者是南大博士生朱一凡,南金陵彬教师、程建春教师和华东国中国科学技术大学学技大学祝雪丰教授为一同通信我。

AIP的简报提出“大多钻探职业致力于选取超构材料来实现对声波的特殊操控,举例声学隐身、声学幻象等。声学旋转器作为一种非常的声学幻象器件,能够将在内部的声波波阵面旋转三个一定的角度,那在前边的钻研中从不有过”。“该钻探组希望接收这种能够轻易调整声波波阵面包车型地铁声学旋转器实现诊疗超声仪器中对声波越来越纯粹的调整,提升超声检查实验仪器的分辨率,校订对坏损组织成像和临床品质”。随后,Science
Daily、PHYSOTiggoG、Scientific American、Nanothchnology、P奥迪Q3Newswire、Science Space & 罗布ots、RedOrbit、RAV4&D
等多家网址相继转载了AIP对该职业的音信报导。

AIP的报道指出“声波会被所碰着的障碍物散射,以致时域信号损耗或有失。那可不可以使声随机信号穿透障碍物而不被潜移暗化吗?这几天,中华夏儿女民共和国南大的探究者通过聚合物薄膜布局的声学人工质地完成了那一点”,“他们的战果获得了有效密度近零的声学超构材料,付与轻巧的传输线互联网以永世不忘的属性,如高效直角波导和分束、声隐身等。何况研讨者能够经过调节和测验薄膜性子来调动传输线网络的工作频率,那是后边的原型器件中尚无落到实处的”。“该商量组希望利用这种能够火速调整声波波阵面包车型客车薄膜网络达成平面放大声学超透镜,获得突破古板成像系统终端的亚波长超分辨率”。随后,Science
Daily、PHYSOVision GTG、Physics News、Science News
Line、Press-news、Eurekalert、Nanotech-Now、Space Daily、Newswise、World
Wide Science、The British Post、International Nuclear Information
System等多家网址相继转发了AIP对该工作的新闻报导。

该职业采用损耗型声超材质第叁遍完毕了声波振幅和相位的解耦操控,并透超过实际验突显高水平单平面二维和多平面三维声全息生成等气象,申明了此类超材质对三个维度声场的精细操控的力量。与古板的纯相位声全息相比较,基孙铂幅和相位解耦操控的声全息方法具备设计简便、成像品质好和保真度高档首要优势。

改变声学(transformation acoustics卡塔尔国和声学超构材质(acoustic
metamaterial卡塔尔是近年科学界的两大钻探热门。就算大家因而更换声学在理论上达成了超级多前无古人的声学现象,可是由坐标转变获得的布局参数平常装有很强的各向异性以至非均匀性,在宇宙差不离无法找到相符需要的材质,那为实际应用和松手提议越来越高的挑衅。程建春小组建议一种新的思路,通过改变声学与声学超构质地的神妙组合,设计有着各向异性参数的亚波长声学布局,并第叁遍在谈论和试验上落到实处声场旋转,实验样本和实验结果见图1和图2。由于子虚乌有声学共振元器件,该声场旋转器能够在很宽的频道内有效工作,并能通过调解构造参数灵活决定旋转角度。声学旋转器的统筹具备不小的油滑,所需的材料参数容易,非常的大减少了布置与筹备的难度,为声波的特别操控提供了崭新的安排性恐怕性,由此具备广泛的行使前程。(南大声学研究所梁斌)

声波通过近零实用密度薄膜阵列暗暗表示图。

三个维度声场的精工细作调控是声学领域中长时间存在的机要科学难点,在超声成像与临床、建筑声学及粒子操控等多个领域都享有荦荦大者的运用前景。但是,放肆一个声复信号满含幅值和相位消息,声波的完全调节须求能够对四个自由度进行单独调制,但那仍然为三个装有挑衅性的难点。另一面,能量消耗的存在日常被认为会破坏声波操控功用,由此现有的声超材质商讨大都局限于无损耗的声学系统。程建春课题组提议了全新的研商思路,通过人工引进受控的能量消耗,开垦了新的声波操控自由度,发展了损耗型声超材质的筹划理论,完毕了对声波振幅和相位的解耦调制。所布署的损耗型声超质感具有简易的开孔构造,可采纳三维打字与印刷举行火速制备。通过在超质感背部设置吸取边界和调整布局参数,引进可控的走漏损耗,严谨验证了该系统中反射声波的振幅和相位能够分别在[0,1]和[0,2π]约束内开展单独操控,并透过发出高品质的Airy束、多关节集中及声学全息投影,在答辩和尝试上显示了依据新机制的声波精细操控功用。

图片 1

(物理大学 科学本事处)

图片 2

图1:声波旋转器样板图。

图1
声全息重新建立暗暗表示图。LAM声全息暗中提示图。指标全息图像。幅值相位全操控的数值模拟全息像。
守旧纯相位法数值模拟全息像。

图片 3

图1相比较了升幅相位解耦调节与古板的纯相位调节方式在产生高复杂度声全息方面包车型地铁力量,幅值相位法声全息具有简易的思忖进程,目的像为南上将徽图案。数值模拟结果证实,通过利用损耗型超质感对步长和相位举办独立操控,可发出高素质、高保真度的声全息,不仅仅制止了复杂的Computer优化规划进程,其意义亦明确优于守旧纯相位优化措施。

图2:、分别是3400Hz、5700Hz、6700Hz时仿真和实验结果比较图。右上方是旋转器大旨区域仿真结果的放大图,右下方是呼应区域的实验衡量结果。

图片 4

图2目的全息图像。总括振幅相位遍及。LAM样板。数值模拟的振幅相位全息图。实验度量的振幅相位全息图。纯相位数值模拟图。相关度与作用的涉嫌。相关度与离开的涉及。相关度与背面阻抗的关系。

图片 5

图3
多平面三个维度全息暗意图。总括振幅相位分布。LAM样板。数值模拟的多少个平面的全息像。实验度量的四个平面的全息像。

图2和3个别呈现了二维及三维声全息的尝试结果。利用损耗型超材质在单个平面上投射出树叶图案的二维声全息像,实验结果与模拟结果切合较好,优于守旧纯相位方法,并通过总计相关度来定量深入分析。基于此,进一层在尝试上落成了多平面包车型客车三个维度声全息生成,数值和尝试结果显示了损耗型超质地可在多少个不等平面上各自投射字母“N”,
“J”, “U”。

该项专门的职业得到国家根本研究开发布署、国家自然科学基金、南大登峰人才陈设、甘肃高档学园优势学科建设工程项目和南京高校大学生博士创造技艺进步布署等档期的顺序支撑。

(物理大学 科学本领处)

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