本文關(guān)鍵詞：基于聲諧振超常材料的聲聚焦效應(yīng)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文主要從事基于聲諧振超常材料的聲聚焦效應(yīng)研究,全文分為五章,除第一章和第五章分別為緒論和總結(jié)與展望外,主要的研究工作分為三部分：(1)聲諧振超常材料研究中的相關(guān)理論；(2)單一參數(shù)諧振材料下超分辨率聚焦及其遠場控制；(3)多參數(shù)諧振材料下梯度聲透鏡的設(shè)計、實驗以及模擬。各部分的簡要內(nèi)容如下：1.聲諧振超常材料研究中的相關(guān)理論聲超常材料是一種人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料.由于其單位結(jié)構(gòu)尺度或材料分布的變化周期小于聲波長,聲超常材料具有很多天然材料所不具備的聲學(xué)特性。聲學(xué)超材料伴隨著電磁學(xué)超材料的發(fā)展而迅速發(fā)展,諸如負折射、亞波長成像、變換光學(xué)之類的概念都能在聲學(xué)中找到對應(yīng)物。論文第二章,研究了一維情況下聲波在有一定數(shù)量諧振體分布的均勻介質(zhì)中傳播情況。首先,證明了諧振體和均勻介質(zhì)的遠場耦合是其能帶產(chǎn)生的原因,它們之間耦合可以解釋為入射波與每個諧振體激發(fā)產(chǎn)生的聲波之間的Fano干涉現(xiàn)象。進一步的對該現(xiàn)象進行理論建模,模型闡述了周期性諧振體在均勻介質(zhì)中的對聲波傳播的色散影響,并計算了其能帶特性。同時,該模型的精確性在論文的第三章和第四章得到了證明。2.單一參數(shù)諧振超材料下超分辨率聚焦及其遠場控制1873年,德國科學(xué)家阿貝提出了光學(xué)衍射極限理論,聲波同樣存在這樣的極限。由于聲波存在衍射,一個經(jīng)過聲學(xué)系統(tǒng)的聚焦點,不可能得到理想的點,而是一個衍射斑,如果各個聚焦點靠得很近,彌散斑就疊加在一起,我們看到的就是一團模糊的圖像。而這樣一個極限使聲學(xué)成像系統(tǒng)的分辨率接近于入射聲波長的二分之一。系統(tǒng)存在這樣一個極限的更本質(zhì)原因在于小于半波長的信息被倏逝波所攜帶,而倏逝波存在于聲源表面且幅值隨著與表面距離的增大而呈指數(shù)形式衰減,其強度在一個波長之外的空間已可忽略。衍射極限的存在極大的限制了成像系統(tǒng)精度的進一步提高。論文第三章,首先,介紹了Fabrice Lemoult等使用遠場時間反演的技術(shù)在諧振超材料上實現(xiàn)了亞波長的聚焦；之后我們以此為啟發(fā),為了闡明其亞波長聚焦更本質(zhì)的因素,同時在考慮到時間反演技術(shù)上的復(fù)雜、以及實施的繁瑣,充分利用了聲場以及結(jié)構(gòu)的形態(tài)特性,在不使用時間反演的情況下實現(xiàn)了亞波長聚焦以及其遠場控制；使用有限元分析仿真方法對實驗部分進行了進一步的驗證和拓展。最后分析了該種結(jié)構(gòu)的一些優(yōu)點和前景。3.多參數(shù)諧振材料下梯度聲透鏡的設(shè)計模擬以及實現(xiàn)幾個世紀以來,通過對材料表面的打磨改變光線的傳播路徑,一直是設(shè)計和制造透鏡的傳統(tǒng)方法。盡管通過這種設(shè)計方法得到的折射透鏡擁有很高的精度,但是該種方法依舊局限于透鏡的幾何形狀,并且無法解決波在兩種介質(zhì)之間的反常折射問題。所以通過改變區(qū)域內(nèi)的折射率,設(shè)計和制造透鏡無疑是一種更直接有效的方法,但是改變材料折射率也比改變材料的表面形狀更加困難。本章我們使用上文提到的諧振超材料來實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的折射率改變,以完成折射率梯度透鏡的設(shè)計。論文第四章,首先給出折射率梯度透鏡的理論基礎(chǔ)；之后我們使用赫姆霍茲共鳴器作為透鏡的基本結(jié)構(gòu),通過理論計算在改變單個結(jié)構(gòu)的參數(shù)的情況下,得到共振體在聲透鏡內(nèi)部的等效折射率范圍,并在實驗中將理論的折射率分布進行離散化處理,以可樂罐為共振結(jié)構(gòu)進行了折射率梯度透鏡的制造和測量；最后使用有限元分析仿真,對實驗部分進行了進一步的計算驗證。論文的最后,是對全文的總結(jié)和對未來工作的展望。
【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB33
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• 英文摘要6-11
• 第一章 緒論11-28
• 1.1 聲學(xué)超材料11-15
• 1.2 遠場時間反演15-17
• 1.3 亞波長成像17-21
• 1.4 論文的內(nèi)容安排21-22
• 參考文獻22-28
• 第二章 聲諧振超常材料研究中的相關(guān)理論28-39
• 2.1 引言28
• 2.2 一維分布的諧振體對聲波傳播的影響28-31
• 2.3 Fano共振的電力類比31-33
• 2.4 周期性排列赫姆霍茲共鳴器在均勻介質(zhì)中的對波傳播的色散效應(yīng)以及其能帶結(jié)構(gòu)33-37
• 2.4.1 聲學(xué)超材料能帶計算的相關(guān)方法34-35
• 2.4.2 有限元法計算周期性排列赫姆霍茲共鳴器對均勻介質(zhì)中聲波傳播的色散效應(yīng)以及其能帶結(jié)構(gòu)35-37
• 2.5 小結(jié)37
• 參考文獻37-39
• 第三章 單一參數(shù)聲諧振超材料下超分辨率聚焦及其遠場控制39-51
• 3.1 引言39
• 3.2 實驗部分39-42
• 3.3 二維局域諧振超材料的理論模型42-47
• 3.3.1 有限元模擬計算45-47
• 3.4 超分辨率聚焦的遠場控制47-48
• 3.5 小結(jié)48-49
• 參考文獻49-51
• 第四章 多參數(shù)諧振材料下梯度聲透鏡的設(shè)計模擬以及實現(xiàn)51-60
• 4.1 引言51
• 4.2 Luneburg透鏡的原理以及材料參數(shù)設(shè)計51-55
• 4.3 實驗部分55
• 4.4 仿真計算結(jié)果55-57
• 4.5 小結(jié)57
• 參考文獻57-60
• 第五章 總結(jié)與展望60-61
• 致謝61-62
• 攻讀碩士期間的工作成果62-63

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