研究人员将损耗引入声学衍射栅成功实现衍射调控学术资讯

来源：中科院声学所

声波的非对称传输特性在声学二极管、声通讯收发隔离等方面有重要用途，成为声学领域中一个重要的研究课题。非对称传输声学器件通常采用非线性或者有源结构来实现，但这些结构往往很复杂且体积庞大。近年来，带有损耗的非厄密声学体系为实现线性介质中的非对称声学透射或反射提供了新途径。

近期，中科院噪声与振动重点实验室的博士生杨玉真及其导师杨军研究员、贾晗研究员等人通过引入周期调制的损耗，利用声栅实部折射率和损耗对衍射的共同调制作用，在非厄密声学衍射栅中成功实现了对衍射束声能量的调控。

相关研究成果2020年5月在线发表于国际学术期刊 Applied Physics Letters。
在以往利用声学人工结构实现聚焦、成像等声波传播调制的工作中，损耗通常被视为不利因素。本研究却利用损耗和实部折射率的相互作用，实现对声栅中衍射束的调控。
研究人员通过在波导板上开设辐射小孔以引入损耗（图1a），并设置内插柱子阻挡声波在波导内的直接传播，增大了实部折射率（图1b）。这两种结构对损耗和实部折射率的调制相对独立，只需将它们组合（图1c），即可实现对损耗和实部折射率的共同调节。
将开设小孔的波导板、内插柱子以及二者组合体这三种结构各取30个分别排列后再组合在一起，得到声栅的一个样件单元，实物样件采用3D打印技术，由感光树脂固化而成（图1d）。

图1 结构示意图：（a）辐射小孔结构，（b）内插柱子结构，（c）组合结构，（d）3D打印的实物样件（图/中科院声学所）

为了验证该非厄密声栅的衍射调控能力，研究人员对其进行了仿真和实验研究。3.1kHz处的仿真和实验测量声场如图2所示，相对无损耗声栅而言，引入损耗的非厄密声栅负入射的+1阶衍射束受到完全抑制，而正入射情况下-1阶衍射束的能量反而得到增强。因为在实部折射率和损耗对衍射的共同作用下，此时+1阶衍射波矢的强度为零，但是引入损耗反而增大了-1阶衍射波矢的强度。
利用损耗调控衍射声能量分布的方法为声传播的调控提供了新的途径和方式。

图2 仿真和实验测量声场：（a）非厄密声栅的负入射，（b）非厄密声栅的正入射，（c）无损耗声栅的正入射（图/中科院声学所）
参考文献：

YANG Yuzhen, JIA Han, WANG Suhao, ZHANG Peng, YANG Jun. Diffraction control in a non-Hermitian acoustic grating. Applied Physics Letters 2020, 116(21), 213501. DOI: 10.1063/5.0004104.

来源：cas-ioa 中科院声学所

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