浅海Scholte波的传播特性及调控机理研究

Scholte wave propagation along the shallow water seabed is not only common but also carries rich information of marine resources and environments. Strengthening its monitoring, analysis, and even regulation will be conducive to China's marine strategy. The related interface wave propagation problems have been one of the hot issues of concern by the domestic and international researchers. In recent years, the related research works were mainly around a simple planar interface to discuss the problems of sound propagation and obtained interface wave propagation characteristics along them. Also parts of the works done for sound propagation in periodic interface reported the Bragg resonance phenomenon. However, the study of the interactions for the complex undulating interface of the Scholte wave transverse modes is rare. This project is focused on this critical basic theory of Scholte wave propagation and regulation in shallow water. The horizontal and vertical undulating structure interfaces are investigated. We analyze the transverse guided wave modes and try to calibrate them to reveal the mechanism of mode interactions. The calibration provides a theoretical basis for the design of the Scholte waveguides to realize the regulation of Scholte waves. And, on the basis, the applied researches will be carried out in areas such as the SAW devices, the target detections in shallow water.

沿浅海海底传播的Scholte波不仅常见而且携带了丰富的海洋资源与环境信息，对其监测、分析乃至调控必将有利于我国的海洋强国战略。与之相关的界面波传播问题一直是国内外研究人员关注的热点问题之一。近年来，国内外相关的研究工作主要是围绕简单的平面界面展开，讨论了其中的声传播问题，得出了相关的界面波的传播规律与特性。也有部分工作对于周期界面中的声传播问题做了研究，报道了其中的Bragg共振现象。然而，对于复杂起伏界面的Scholte波及其不同横向模式相互作用的研究就很少见了。本项目就是针对浅海Scholte波的传播与调控这一关键的基础理论问题展开，以横向和纵向起伏结构界面为研究对象，对其中的横向导波模式加以分析和标定，给出其中的模式相互作用机制，为Scholte波导结构设计提供理论依据，实现对Scholte波的调控。并在此基础上开展声表面波器件、浅海目标探测等领域的应用研究。

沿浅海海底表面传播的Scholte波不仅常见而且携带了丰富的海洋资源与环境信息，对其监测、分析乃至调控必将有利于我国的海洋强国战略。相关界面波的传播一直是国内外研究人员关注的热点问题之一，它在地震学、海洋地震测量、浅海目标探测、声表面波器件和无损检测技术等应用领域有着重要的意义和价值。对相关波动问题的深入研究也必将丰富我们对Scholte波的认识，从而实现对其传播规律的掌握和控制。.项目中，我们围绕流固界面Scholte波的传播与调控这一关键的基础理论问题展开，通过理论分析、数值模拟和实验研究等方式，探讨其中的界面波传播特性和导波模式及缺陷态等，并详细探讨模式间的相互作用及复杂谱带结构的形成机制。首先，我们对简单周期起伏界面中Scholte波的传播问题进行了建模和分析，重点研究了起伏的几何形状对声传播的影响；接着，针对有限界面中周期和缺陷结构波导建立物理模型，深入分析和标定其中的导波模式，给出其中的导波模式和缺陷态与几何结构间的定性关系；然后，从解析和数值分析两方面入手，给出起伏形状和波导几何参数与禁带宽度、位置之间的详细对应关系，充分研究各种几何参数下的谱带结构；最后，在理论研究的基础上，我们实验上研究了Scholte的传播特性，并对相关的共振和透射现象等进行了应用探索。.总之，我们按照预定计划开展了流固界面Scholte波传输特性的研究，取得了预期效果。在完善模式标定理论的基础上，对多种结构进行了分析，得到了大量有价值的创新性成果：如，首次提出了利用模式图表达的多模相互作用的方法；首次发现了声学异质结构波导中的单模界面态；发现并研究了模式禁带直接相互作用，揭示了几何因子的影响；实现了弹性板中模式耦合与转换的光纤干涉信号表征；发现了浸水铝板透射超声的波包相互作用机制等。接下来，我们将进一步完善弹性板中的导波模式理论，并将相关研究成果与成熟理论拓展到跨介质声传输问题上来，不断加深和丰富我们对复杂结构中波动问题的认识，提高我们控制各种波动现象的能力。