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被动时空对称声学结构中非对称衍射的实验研究
2019/10/10 | 作者:中科院噪声与振动重点实验室 | 【 【打印】【关闭】

  非对称传输在声学通信和噪声控制中有重要的应用价值,其理论研究和实验验证一直是科研人员关注的重点。在先前的研究工作中,声学非对称传输通常依靠声学非线性效应和模式转换来实现。近年来,研究人员将量子力学中时空对称的概念引入声学领域,通过在声学体系中引入损耗和增益的调控,实现一维体系的单向隐身、无插入误差传感器和完美吸声等新奇现象。

  为了增加时空对称声学结构的实用性,中科院噪声与振动重点实验室的杨玉真博士生及其导师杨军研究员、贾晗研究员等人将时空对称声学扩展到二维空间,通过在声学衍射栅中加入损耗,并利用实部折射率和虚部折射率的相互作用来提供非对称的衍射波矢,从而首次实现PT系统非对称衍射。

  相关研究成果2019919日在线发表于Physical Review Applied

  该课题组在波导板上增加侧腔结构来增大等效折射率的实部,在波导板上开设漏声小孔并铺设吸声棉引入声能损耗。两种结构对折射率实部和虚部的调节是相互独立的,研究人员将两种结构巧妙地组合在一起,实现了对折射率实部和虚部的共同调节。

  

  图1 折射率调节分布,实验结构和非对称衍射声场(图/中科院声学所)

  实验测量了声学衍射栅在2.7-3.3 kHz 范围内的衍射效果。测量结果(图2a))显示一阶被抑制衍射束声场强度明显低于一阶未被抑制衍射束声场强度。在测量区域的能量积分(图2c))表明该声学衍射栅在测量频率范围内具有强烈的非对称衍射效应。

  

  图2 非对称衍射声场分布和强度比:(a)多个频率下一阶被抑制衍射束声场(左)和一阶未被抑制衍射束声场(右);(b)正负一阶衍射声场强度比的仿真计算结果;(c)正负一阶衍射声场强度的实验测量结果(图/中科院声学所)

  在以往的声学结构设计中,损耗通常被视为不利因素而被尽量抑制,该工作却有效利用损耗来控制声传播,使得声场的调控更加灵活。该工作中提出的声学结构对非厄密声学体系实验研究亦有着重要的参考价值。

  该项研究得到国家自然科学基金(11874383)、中国科学院青年创新促进会(2017029)和中科院声学所英才计划(QNYC201719)资助。

  关键词:

  被动时空对称;非对称衍射;非厄密声学

  参考文献:

  Yang Yuzhen, Jia Han, Bi Yafeng, Zhao Han, Yang Jun. Experimental demonstration of an acoustic asymmetric diffraction grating based on passive parity-time-symmetric medium. Physical Review Applied, 2019, 12:034040. DOI: 10.1103/PhysRevApplied.12.034040.

  论文链接:

  https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.12.034040

 
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