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研究人員用嚴格耦合波分析法獲取PT對稱的聲柵衍射特性
2020/10/15 | 作者:中科院噪声与振动重点实验室 杨玉真 | 【 【打印】【關閉】

  聲學衍射柵在聲波准直發射、聚焦和成像等方面具有重要作用,因此受到研究人員的廣泛關注。研究人員針對由周期硬邊界構成的聲學衍射柵提出了波導態的模式分析方法,但是該方法不能求解介質阻抗差異較小的聲柵衍射。

  近期,中科院噪聲與振動重點實驗室的博士生楊玉真及其導師楊軍研究員、賈晗研究員等人提出了聲柵的嚴格耦合波分析方法,並用該方法分析了非硬邊界的時空(parity-time, PT)對稱聲學衍射柵的衍射特性。

  相關研究成果20207月在線發表于國際學術期刊 Journal of the Acoustical Society of America

  研究人員將各個區域的聲壓按照聲柵的調制周期進行級數展開來求解衍射聲場,並采用該方法分析了PT對稱聲學衍射柵的衍射特性(圖1)。研究結果表明正入射時總衍射效率大于1,聲柵內增益起主導作用(圖2a);負入射時總衍射效率在+1階衍射抑制點(DVP)前小于1,在抑制點後大于1+1階衍射束在δ=0.99處受到完全抑制,此時衍射效率爲零(圖2b)。在+1階抑制點處,正入射的聲能量主要集中在增益區域12(圖2c),聲柵內增益起主導作用;負入射的聲能量均勻分布在增益區域12以及損耗區域34(圖2d),此時聲柵內增益和損耗達到平衡,總衍射效率爲1。在模量、密度單獨調節以及兩者同時調節的情況下,+1阶抑制点的调制比随着实部折射率调节强度的变化趋势差异较大(圖3)。

  本研究提出的嚴格耦合波分析方法,可以快速有效地計算無硬邊界的聲柵衍射,系統地獲取PT對稱聲學衍射柵的衍射特性。

  本研究得到國家自然科學基金(No.11874387)等資助。

  

  圖1 声学衍射栅示意图(圖/中科院聲學所)

  

  圖2 a)總衍射效率,(b+1階衍射效率,(c)正入射的聲壓分布,(d)负入射的声压分布(圖/中科院聲學所)

  

  圖3 不同調節方式下+1阶抑制点的调制比和实部折射率调节强度的变化关系(圖/中科院聲學所)

  關鍵詞:

  嚴格耦合波分析;聲學衍射柵;PT對稱

  參考文獻:

  YANG Yuzhen, JIA Han, YANG Jun. Study on asymmetric diffraction of acoustic parity-time-symmetric gratings using rigorous coupled-wave analysis. Journal of the Acoustical Society of America, 2020, 148(1), 33-43. DOI:10.1121/10.0001513.

  論文鏈接:

  https://asa.scitation.org/doi/10.1121/10.0001513

 
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