基于二维声传输线网络的非谐振声学超常材料研究

研究与自然材料声学性能迥然不同的人工声学超常材料对构建"声完美透镜"等新型功能器件具有重要的科学意义和应用价值。与局域共振机理的声学超常材料相比，基于声传输线网络的非谐振声学超常材料具备频带宽、损耗低以及制备简便等特点，正得到高度关注。然而目前研究工作主要集中在一维情况，且特异传输被简单归结于负值有效声学参数，其深入的作用机理却不甚清楚，特别是微单元非谐振耦合效应在声波特异传输过程中的作用还缺乏定量研究。本项目拟从二维传输线网络超常材料异类微结构声学元件声波振动模式非谐振耦合的微观角度，深入探索声波在基本声学元件网络中激发、耦合、传输的过程，阐明声波负折射等特异传输行为的物理机制。同时通过定量表征超常材料关键微观结构参数对宏观声学性能的影响规律，建立利用结构参数调控声波非谐振传输的方法，为实现声传播的自由控制和约束提供新思路，并在此基础上探索其在声完美透镜等新型器件中的应用。

研究与自然材料声学性能迥然不同的人工声学超常材料对构建"声完美透镜"等新型功能器件具有重要的科学意义和应用价值。基于声传输线网络的非谐振声学超常材料具备频带宽、损耗低以及制备简便等特点，正得到高度关注。然而目前研究工作主要集中在一维情况，且特异传输被简单归结于负值有效声学参数，其深入的作用机理却不甚清楚，特别是微单元非谐振耦合效应在声波特异传输过程中的作用还缺乏定量研究。本项目从二维传输线网络超常材料异类微结构声学元件声波振动模式非谐振耦合的微观角度，研究了声波在基本声学元件网络中激发、耦合、传输的过程，初步揭示了声波负折射等特异传输行为的物理机制,提出了利用结构参数调控声波非谐振传输的方法，为实现声传播的自由控制和约束提供新方法。为寻找结构介质的关键参数对非谐振耦合的作用，分别利用SPICE等效线路模型和FEM有限元法对扭转角度等各参量的影响进行了系统的理论计算和数值模拟，对相邻单元间耦合模式的组合机理进行了深入讨论，理论和数值结果相吻合。进一步，为提升亚波长成像深度和对比度，研究了一系列基于强各向异性和负系数介质中的倏逝波传输及成像效果，并实验获得了十分之一波长的亚表面声像。在项目研究期间，在SCI 源刊物上发表论文13篇，国际学术会议特邀报告1篇，口头报告3 篇，国内学术会议特邀报告1篇，口头报告2 篇，申请国家发明专利 2项。