基于天然材料的单向声传输波导管的设计文献综述

 2022-07-17 05:07

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

在线性体系中,波这种物质本身就具有着能够沿相反的两个方向传播的性质,所以无论是在科学界还是工程界,关于声学方面,一直认为声波在相同路径里沿两个相反的方向传播。由于标志着现代电子学的诞生的电子二极管的发明,在整个人类社会中引起了科技的深刻变革和思考,既然电子二极管可以被发现,那么其他形式的波是不是也可以实现单向传输?声波是一种具有非常悠久的研究历史的经典波,却始终被认为仅具有对称的传播形式.若能制造出可像电子二极管控制电流般实现声波单向导通的声学器件,显然将对整个声学研究领域产生重大影响,具有重要的科学意义及应用价值。在此背景下,声单向波导管的研究是有趣且具有挑战性的。

1.1.2 研究意义

声在人类历史舞台上登场的时间要比电更加久远,所以人类研究与利用声的时间要比电更加长,声波与电流虽然在形态上有着很大的区别,但是如果能设计出可以像电子二极管那样控制电流一样控制声波的单向声传输波导管,声学领域也必定如电子学一样产生深刻变革,如今许多利用声学的领域也会有着极大的优化和改变,超声诊断与超声治疗就是一个显而易见的例子,若能有效利用声单向传输波导管对于反射声波的屏蔽效果,在医学超声成像过程中能显著的提高成像的分辨率于对比度,在聚焦超声治疗过程中也能减少对组织和声源的损伤。这两者的质量和疗效会大大增加,对于能源的利用率也会有很好的优化。不仅仅是在医学领域,声单向传输波导管也能有效减少日常生活中的噪声污染,有利于提高生活质量。

1.2国内外研究现状

国内外的学者们都在研究声二极管这条路上辛苦前行,也有了许多精彩的发现和有趣的构想。

B.Liang和J.C.Chen等人2009年首先在理论上提出了第一个模型“声二极管”,这个模型实现声波的非对称传播的依据是声子晶体的禁带和非线性介质的倍频转换特征。并且学者们在2010年成功完成了相关实验,将理论成功运用,并且在结构模型中观测到了大量现象,有力的证明了声波单向导通是可以实现并加以利用的。如图1.1所示,这个实验叩开了声学研究的新领域的大门。作为声单向设备的原始设计,这一系列的研究其实一直受各种非线性材料的倍频转换性质的限制,不仅如此,这种单向结构的正向透射效率并不能达到理想水准,虽然声整流比能达到预期效果,但是这同时也是对能量的极大浪费,并且在操作上会遇到各种各样的困难。

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