基于多腔型超構材料的聲場增強效應*

王浩然 藍君2) 陳佳惠 李義豐2)?

1) (南京工業大學計算機科學與技術學院, 南京 211800)

2) (近代聲學教育部重點實驗室, 南京大學聲學研究所, 南京 210093)

1 引 言

近年來, 在空氣聲中實現聲波分量的局域增強這項研究工作逐漸受到關注.若聲場能夠被大幅度增強, 這將會發掘許多有價值的潛在應用, 例如聲傳感器、聲通信等.在自然界中, 由于聲能具有很低的能量密度, 空氣中聲場局域增強效應的實現通常比較困難.因此, 探索新的物理機制和方法去實現聲場增強具有重要的意義.

聲學超構材料作為一種人工專門設計的復合結構, 可通過局域共振機理來調控彈性波的能帶結構, 從而獲得自然材料所不具備的物理特性, 如負等效體積模量[1,2]、負等效質量密度[3-5]、零折射率[6]等.超構材料在對聲波傳播方式的調控方面起重要作用, 目前, 基于亥姆霍茲共振器[7]和腔諧振器[8,9]的局域共振機理設計的超構材料已經實現了聲場增強效應.Yuan等[10,11]分別通過優化亥姆霍茲共振器底部和頸部結構來降低聲學粘性損耗, 實現了低頻聲波的局域增強效應.Song[12]等設計了一種新型聲腔型雙壁超構材料, 其能夠在亞波長的空氣隙內發生強烈的局域聲場增強效應.此外, 近年來, 超構材料的聲學Mie共振得到越來越多的關注, 相比局域共振, Mie共振具有更為豐富的共振模式, 如單極子、偶極子、四極子等更高的多極子共振模式.利用聲學Mie共振的不同共振模式可分別實現不同效果的局……