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聲學所等實現寬頻亞波長聲場聚焦

2020-09-18 聲學研究所
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  聲聚焦在醫學成像、無損探傷、地質勘探中均有重要的應用價值。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是學界關注的重點問題。近年來,隨著超材料的發展,利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,得到科研人員關注。

  近期,中国科学院聲學研究所噪声与振动重点实验室研究员贾晗与西安交通大学副教授马富银合作,提出一种利用空间与时间协同调制的声聚焦方法,并通过时间反演声聚焦技术与声学结构中局域效应共同作用实现宽频亚波长声场聚焦。

  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;在焦斑位置引入亞波長尺寸的聲學開口腔結構,將聲波能量約束在結構內部,增強聲場能量,減小焦斑尺寸,獲得聲波亞波長聚焦。研究表明,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。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,提升焦斑的聲場強度。

  相關研究成果在線發表在Journal of Materials Chemistry C上,並被選爲當期封面文章。研究工作得到國家自然科學基金的資助。

1.基于时空协同调制的宽带声亚波长聚焦效果圖被选为期刊当期封面

圖2.(a)声学开口腔结构中共振与声波多重散射的协同作用示意圖,(b3D打印的實物樣件,(c)声聚焦时域测量圖,(d)声聚焦空间声场圖

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