固/固型二维正方晶格声子晶体缺陷态研究*

固/固型声子晶体在抑制噪音和隔离振动等工程领域有着潜在的应用。利用有限元方法对存在缺陷的二维正方晶格金/环氧树脂声子晶体进行了研究,数值计算结果表明弹性波在点缺陷处局域,带隙中出现多条缺陷模,点缺陷数目的增加对声子晶体局域特性产生显著影响;弹性波沿着线缺陷传播形成波导,改变线缺陷结构可以改变弹性波传播方向和实现信号的分离。对声子晶体缺陷特性的研究可为声学滤波器和波导等器件的设计提供参考。     

暗声学超材料型充液管道的低频消声特性

充液管道低频声的有效吸收和消减一直是一个颇具挑战性的难题.受声学超材料理论启发,本文设计了一种沿管道轴向方向等距布置小体积声学短管的充液周期管道系统.该管道系统可以诱发声波传播超宽低频带隙的产生,使得声波在带隙频率范围内传播将被显著衰减,乃至无法透射,近乎被完全吸收,称为暗声学超材料型充液管道.进一步,揭示了暗声学超材料型充液管道中声传播带隙的产生机理、参数影响规律,研究了该波导管对低频噪声的降噪特性,初步探讨了工程实际可实现的暗声学超材料型充液管道的结构实现形式.研究成果有望为管道低频噪声控制提供一条新的技术途径.     

北极冰下双轴声道传播特性研究

本文利用第六次北极科学考察的所得的楚科奇海温盐深数据,开展了北极海域声传播特性研究。通过引入Diachok海冰散射模型,将海冰界面模拟为无限椭圆形半圆柱体在自由界面的随机分布,利用Twersky散射理论计算了海冰的反射系数。使用简正波中的KRAKENC模型,结合海冰参数,进行了传播损失仿真分析。研究表明,北极的双声道波导中表面声道的传播特性与声源频率和收发深度紧密相关。深海声道与北极典型声速结构的传播特性一致,具有频率选择特性,在20 Hz左右时传播特性较为理想。此外,在远程传播时,深海声道的传播特性要优于表面声道。     

单向声传播结构研究

受到电子二极管整流效应的启发,对单向声传播结构展开了一系列的理论与实验研究：将超晶格结构与非线性声学材料组合构成了可实现声整流效应的声二极管结构;通过将反对称弹性结构引入到复合结构板来产生Lamb波的不对称模式转化,设计了可实现Lamb波单向传播的线性声学结构;基于声子晶体的部分禁带特性,在有限尺度声学系统中设计并实现了单向声学波导结构;设计并实现了由纯板与声栅构成的声单向传播结构,具有小尺寸与高效率的特点,且声波出射角度可调;基于声学梯度材料设计了可在极宽频带内实现不对称声传播的声学结构。     

北极典型冰下声信道建模及特性

将Burke-Twersky (BT)散射模型与射线理论相结合研究北极典型冰下的水声信道特性。BT模型将极地冰水界面的冰脊视为随机分布在自由表面的半椭圆柱。首先根据BT模型分别对高频和低频情况下的冰面反射系数取近似,计算不同频率的冰面反射系数。然后结合射线理论计算冰下声场并分析冰下信道特性,并与相同条件下绝对软界面的水声信道进行对比研究。结果显示,由于冰界面的存在,冰水界面与绝对软界面相比,冰面反射系数较小,使得部分声线不会传播很远,且随频率的增加衰减越发严重,因此不利于声信号远距离传播;此外在信道结构上,由于冰层反射系数较小,冰下信道多径相较于无冰的水-空气界面其多途现象不明显。研究结果对认知极地冰下水声信道特性以及开展极地水声系统性能预报具有一定意义。      

物质波在原子波导中传输时的波导衔接激发

物质波在原子波导中的传播特性是原子光学的重要研究课题之一.在原子光学集成化的设计中，将会遇到物质波从一段波导向另一段不同波导内的传输问题.由于不同波导的物理参数在衔接处的跳变，原子波的传输特性将在波导衔接处产生改变.研究了原子波在两段波导管衔接处的模式激发以及与此相关的物理现象.根据薛定谔方程，利用波导本征模式展开理论，分析了物质波的反射和激发与波导管特征参数以及物质波入射动量之间的关系，并给出了抑制处于基态模的物质波向高阶模式激发的条件. 关键词： 原子光学 原子波导 激发 模式截止     

弯折波导杆的超声斜入射方法*

波导杆技术是一种有效的超声辅助检测方法,在提升高温关键承压设备安全运行方面具有重要作用。现有的波导换能器因直入式发射声波,常被用来在线监测壁厚的腐蚀进程,难以对指定方向的缺陷进行有效检测。为了解决这个难题,基于斯涅耳定理以及导波的频散特性提出了一种弯折结构的波导杆来实现超声斜入射。首先分析了弯折波导杆中水平剪切波的传播特性,探究了波导杆的厚度、弯折角度对杆中声波传播的影响规律;然后,进一步研究了弯折波导杆在半无限空间内的声束指向性;最后通过一对弯折波导杆在线检测结构内部缺陷的试验证明了波导超声斜入射的应用价值。研究结果为基于斜入射技术的波导超声在线监测提供了坚实的理论基础。     

声波导——研究非线性物理的工具

声波导——研究非线性物理的工具￥中国科学院声学研究所＠李贤徽声波导———研究非线性物理的工具设想有一束强绿光在光纤中传播．如果周期性地改变光源的强度，就可以观察到红光和蓝光沿光纤交替出现；更远处，又可以看到绿光明暗交替变化．只要光纤足够长，能量损失足够小，...     

一种低损耗的对称双楔形太赫兹混合表面等离子体波导

本文研究了一种适用于太赫兹频段的对称双楔形混合等离子体波导.采用有限元法对其混合模式特征进行数值模拟,阐述了波导的传播长度、归一化有效模场面积和品质因子等特性随波导几何参数的变化规律.结果表明,对称双楔形混合等离子体波导在太赫兹频段可获得良好的模场约束能力和低损耗特性,在有效模场面积达到λ2/10280时,传播长度达到51 × 103 μm.波导参数最优时的平行对称楔形波导在忽略波导间串扰时,波导间距小于16 μm时的耦合长度约为8958 μm.通过对比发现,相比于先前的对称微楔形波导结构和对称蝴蝶结波导结构,对称双楔形混合等离子体波导在传输特性和耦合特性方面都具有更大的优势,将在光学力捕获、生物分子传输以及高密度集成电路设计等方面具有潜在的应用前景.     

声学超构材料及其物理效应的研究进展

声学超构材料作为一种新型的人工结构材料,拥有天然材料所不具备的超常物理特性,进一步拓展了材料的声学属性.同时,声学超构材料可以实现对声波精准的、可设计的操控,以及许多新颖奇特的物理现象,如声准直、声聚焦、声场隐身、声单向传输、声学超分辨成像等,具有重要的理论研究意义和应用价值.另外,拓扑材料的研究已延伸至声学领域,声学超构材料的拓扑性质成为近年的研究热点,受到人们的广泛关注.其鲁棒性边界态具有缺陷免疫、背散射抑制的特性,应用潜力巨大.本文综述了近十几年来声学超构材料的研究概况,介绍了相关的代表性工作,包括奇异等效声学参数的超构材料、声学超构表面、吸声超构材料、声学超分辨成像、宇称时间对称性声学和拓扑声学等,阐述了声学超构材料的设计理念和方法,并对其技术挑战和应用前景进行了讨论和总结.     

一种基于不平坦基底结构的混合等离子体波导

提出了一种工作于太赫兹波段的、基于半圆柱形"不平坦"InSb基底结构的混合等离子体波导.分析了半导体材料InSb的相对介电常量随工作频率的变化特性,重点研究了该混合波导以及两种不同形变结构的有效模场面积、传播长度、品质因数、能量分布等随波导工作频率、波导尺寸的变化情况.结果表明,本文提出的"不平坦"基底结构波导可以达到与传统结构几乎相同的传播长度,有效模场面积较传统结构减小了一个数量级以上,具有非常强的模场约束性,适合于太赫兹频段高密度集成电路中的应用.     

声子晶体和声学超构材料

声子晶体和声学超构材料进一步拓展了自然界中声学材料的弹性波性质．这种人工的复合结构材料,由于其周期结构的布拉格散射和局域共振特性,使得其具有奇异的色散特征,在某些频段具有负的有效弹性参数,带来了许多新颖的声学传播效应,例如声子带隙效应、负折射效应、超棱镜效应、超透镜效应、异常透射效应、异常隔声效应等．与此同时,在声子晶体和声学超构材料表面,一类具有亚波长特性的声表面倏逝波也引起了人们的关注,研究其激发、传播、耦合的过程对揭示声子晶体和声学超构材料的奇异声传播效应的物理本质具有重要意义．声子晶体和声学超构材料作为一类新型的人工声学结构材料,在隔声、防振、热控制以及新型声学器件研发等方面具有巨大的应用前景．文章综述了近十几年来国际国内关于声子晶体和声学超构材料的研究进展,并对其未来的研究发展方向做一评述．     

声纤技术的发展及其应用

本文综述了声纤技术作为一门新学科的发展现状;并在理论和应用上同光纤技术进行了比较.作者认为,作为声学波导和光纤技术的学科结合,声纤技术不仅有许多研究。应用价值,而且是很有潜力的传感手段.尤其在材料的自动监测,无损探伤等方面将有广阔的应用前景.     

左手介质椭圆光波导基模传播特性

在椭圆柱坐标系中,采用分离变量方法,得出了左手介质椭圆光波导本征方程的近似解,通过数值计算,分析了椭圆波导偏心率、左手介质的电容率、磁导率对椭圆光波导基模传播特性的影响,并将左介质光波导与右手介质光波导基模特性进行对比,得出左手介质光波导的基模特性与右手介质光波导基模特性差别不大的结论.     

左手材料薄板波导中模式之间的正交关系

基于电磁场理论,采用直接计算的方法证明了左手材料薄板波导中各个模式是相互正交的,即不同传播模之间、传播模与辐射模以及不同辐射模之间是相互正交的.这为研究左手材料薄板波导中的模式耦合奠定了基础. 关键词： 左手材料 薄板波导 模式 正交关系     

齿鲸生物声呐发射特性与波束调控研究

齿鲸生物经过长期自然选择,进化出小巧、灵敏、高效的声呐系统.齿鲸生物声呐研究涉及海洋物理、声学、生物学、仿生学和信息学等学科,对于生物仿生、水声声呐、信号处理、水下探测与通信等领域具有参考价值.本文从声呐系统解剖结构、声呐信号与声呐波束调控三方面出发介绍齿鲸声呐发射系统.首先,介绍如何利用计算机断层扫描成像与超声测量技术重建齿鲸声呐发射系统的高精度三维结构,获取其声速、密度分布,为声呐系统的功能研究建立基础.随后,探究声呐系统发出的声信号的特性,研究声信号与生物行为之间的联系.最后,参考齿鲸生物声呐解剖结构与声呐信号特性建立数值模型研究声发射系统的气质结构、软组织结构和骨质结构组成的声学多相介质对声波传播的控制作用.齿鲸生物能利用其声呐信号的多样性与声呐发射系统结构的复杂特性动态调整声波传播与波束形成.探究齿鲸生物声呐工作原理能加深对生物多相介质中的声传播过程的理解,有望为水下仿生声探测与感知技术的发展提供新思路.     

异侧非重叠三封闭端量子波导中的声子输运与热导

研究了异侧非重叠三封闭端量子波导中的声学声子传输和热导率性质.结果表明:由于激发模的产生,总传输系数在整数约化频率的时发生跳跃;各个激发模所产生的温度条件不一样,温度越高,被激发的模越多,并且高阶模对热导的影响较小;声子传输和热导性质与不连续结构的形状和位置有直接的关系,声子传输和热导性质对量子线的温度环境相当敏感.     

声学超构表面

声学超构表面是当前声学领域的研究热点,其是一种由人工微单元构成的超薄平面结构,由于其具备平面、超薄等独特物理特性及对声波的灵活调控能力,使得其在降噪隔振、隐身技术、非接触操控物体等诸多声学领域具有重要的应用前景。文章以反射型、吸收型、透射型声学超构表面为框架,深入介绍超构表面高效调控声波的物理机制并举例展示了其构建复杂声场的能力,包括任意点反射聚焦、低频完美吸声、自弯曲声束、螺旋声波以及声能量非对称传输。     

国内声学文献索引

(声学分类:口.总类;l.物理声学;2冰声学2 3肌械振动学Z 4.噪声控制学Z 5.超声学;6.语言 声学;7.生理声学ZS.建筑声学Zg.电声学210.声学测试一.大气声学;12.地声学;13.生物声学一. 音乐声学一.声信号处理) 0 总 类调频广播干扰机理及FCCS系统工作原理,贺贵腾,电声技术,1990,NO.3,37.电磁声技术的进展与应用,张广纯,无损检测,12(1990),NO.4,103.超声检测的现状与发展趋势——参加第12届世界无损检测有感,张家骏,无损检测,!2(1990), NO.5,121.无损检测(NDT)与无损评价(NDE)应用中的探讨,姚维莹,无损检测,12(1990),NO.8.220.检测超声…     

纳米金属肋混合表面等离子体波导模式特性分析

基于传统混合表面等离子体波导,提出了一种半导体纳米线和纳米金属肋混合的表面等离子体波导.采用有限元法对其模式特性进行了数值模拟,研究了该波导的有效折射率、传播损耗、归一化模场面积等特性随波导几何尺寸的变化规律,分析了该混合波导的增益阈值.结果表明:该波导具有较低的传播损耗和较强的光场限制能力,并且混合模式的最小模面积仅为0.001 52μm2.