【摘 要】
：
设计了一种多臂螺旋形几何结构，利用结构对声波的衍射作用使入射平面波的声波阵面发生扭曲，从而产生携带特定轨道角动量的声学涡旋场。在理论、仿真和实验上利用所设计的多臂螺旋形结构产生任意拓扑阶数的声学涡旋场，并验证了该结构可在极宽的频率范围内工作并在传播方向上具有稳定的拓扑阶数。与利用大量独立操控的换能器单元及复杂电路控制构成声学阵列来产生声学涡旋场的传统方法相比，基于多臂螺旋形结构的声涡旋场发射器具有
【机 构】
：
南京大学声学所 南京210093 阿卜杜拉国王科技大学 图沃23955
【出 处】
：
2016年度全国检测声学与物理声学会议
论文部分内容阅读
设计了一种多臂螺旋形几何结构，利用结构对声波的衍射作用使入射平面波的声波阵面发生扭曲，从而产生携带特定轨道角动量的声学涡旋场。在理论、仿真和实验上利用所设计的多臂螺旋形结构产生任意拓扑阶数的声学涡旋场，并验证了该结构可在极宽的频率范围内工作并在传播方向上具有稳定的拓扑阶数。与利用大量独立操控的换能器单元及复杂电路控制构成声学阵列来产生声学涡旋场的传统方法相比，基于多臂螺旋形结构的声涡旋场发射器具有工作频带宽、表面形状平整、拓扑阶数稳定及灵活可调等优势，开辟了产生声学涡旋场的新方法，有利于相关器件的集成化与小型化，有望在医学超声等实际场合中产生重要应用。
其他文献
近年来，声波人工结构材料(如声子晶体、声超材料等)引起人们的广泛研究兴趣。基于对结构的灵活剪裁，声波在这些人工功能材料中的传播可展现大量新奇特性。结合人工结构在声波中的响应特性，这里探讨声波诱导的超材料与硬墙壁之间的相互作用，发现两者之间存在强的排斥力；研究两个相同的弹性结构板之间的相互作用，发现通过激发耦合板波模式既可以共振地增强排斥相互作用，也可以产生极强的吸引相互作用。
Background,Motivation and Objective Photonic crystals,as a periodic structure to manipulate the propagation of electromagnetic waves,has enabled realizing compact and efficient devices such as photoni
声波辐射模式的调制已经受到了人们强烈的关注，这是因为它有意义重大的应用价值，包括在超声医疗仪器、秘密通讯、声学探测等方面。然而，由于衍射效应，从普通声源发出的声波在传播过程中会发散，特别是低频声波。著名的获得声波不同辐射模式的方法是使用相位传感器阵列系统。但是，该方法在设计、加工和操作上太复杂也太昂贵了。近年来，在折射率渐变的声子晶体方面取得的进展提供了一个新的对辐射的模式进行调制的方法。该方法利
晶体是一种具有周期性结构并呈现声波/弹性波带隙的功能材料。当弹性波在受到弹性常数的周期性调制时，可能会产生声子带隙，即一定频率范围的弹性波的传播被抑制或禁止。声子晶体的这种特性使其在减振、降噪及新型声学功能器件设计方面极具应用前景，因而受到广泛关注。虽然目前国内外对声子晶体的研究主要集中在二维及三维声子晶体上，但一维声子晶体由于结构简单且易于获得较宽的带隙，因此有可能在减振降噪等领域得到广泛的应用
声子晶体是指由两种或两种以上介质组成的周期性复合材料或结构，其具有弹性波带隙等物理特性，在振动与噪声控制中具有广阔的应用前景。夹层板在飞行器、舰船、列车等典型装备中有着广泛的应用，是相关装备舱体结构的重要组成部分，其声振特性对装备振动与噪声环境有重要影响。本文基于局域共振型声子晶体理论，通过在夹层板表面周期性附加层状局域共振单元，设计了周期夹层板结构，以实现其振动与声辐射的抑制。研究中首先对结构色
有效地操控声场是解决许多声学工程问题的理论工具，比如：超声成像、无损检测等。声学超表面是一种新颖的且具有超薄厚度的声人工结构。通过合理的设计超表面的构成单元，经由超表面反射或透射的声波的相位可以被精准控制，进而可以得到所预期的反射或透射声场。我们通过引入空间折叠和串联亥姆赫兹腔耦合共振的概念，首次在理论上提出了对反射波和透射波的声学超表面，并从实验上实现了一些有趣的声场操控，如声聚焦、超低频完美吸
周期变截面波导在频域上通常会产生布拉格禁带，其特性与结构参数密切相关，特别是，占空比的变化会导致布拉格禁带具有不同的拓扑性质。我们将具有不同拓扑特性的两个布拉格波导连接，在其连接处通常会发现声能量的局域化，即产生了界面态。本文以界面态的产生机理为基础，研究了复合波导布拉格禁带中的界面态，并通过占空比的改变，实现了对界面态频率的调控。两种占空比不同的周期结构波导连接，由于界面态的存在导致在原布拉格禁
本文以周期变截面结构波导中的模式共振理论为基础，通过理论推导计算，设计了变截面周期波导的结构参数，从而实现了四个径向模式之间的共振相互作用。通过对周期变截面结构波导中四模共振现象的研究，我们发现，与传统的两个径向模式共振(即布拉格共振和非布拉格共振)相比较，四模共振得到的谱带特性完全不同，即，四模共振破坏了原有两模共振所形成的低阶模禁带，在原频率禁带内出现了两个通带。进一步的模式分析表明，这两个通
本文设计了可以实现声学宽带多焦点聚焦的声学人工结构。该结构由一系列不同深度的细槽组成，通过控制细槽深度以及细槽分布，可实现对相位的精准操控，从而将入射能量汇聚到空间中的指定位置。这种人工结构还允许对焦点的相对位置及数目进行精确而自由的调控。数值仿真结果验证了所设计结构的聚焦效果。该方案具有设计简洁、表面平整、焦点可控以及工作频带宽等优点，有望在生物医学及无损检测等场合产生广泛应用。
对于超材料中的慢波传播研究一直倍受关注。通过超材料设计控制波的传播速度，可以满足声学系统和光学系统对于特殊功能的需求。一种可行的方法是建立波与物质相互作用的可控结构模型，通过结构中对于相位的调制和波的压缩可以实现慢波传播。但现有方法所采用的色散材料或有本征谐振的结构会造成无法避免的波形失真。在本文中，我们所设计的螺旋结构的超材料可以实现较宽频带零色散的声波减速。这种螺旋结构的超材料在实现声波减速时