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(yuǎn)場(chǎng)控制；(3)多參數(shù)諧振材料下梯度聲透鏡的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)以及模擬。各部分的簡(jiǎn)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(zhǎng),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(fù)折射、亞波長(zhǎng)成像、變換光學(xué)之類的概念都能在聲學(xué)中找到對(duì)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(yuǎn)場(chǎng)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(gè)諧振體激發(fā)產(chǎn)生的聲波之間的Fano干涉現(xiàn)象。進(jìn)一步的對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)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(duì)聲波傳播的色散影響,并計(jì)算了其能帶特性。同時(shí),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(yuǎn)場(chǎng)控制1873年,德國(guó)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(gè)經(jīng)過(guò)聲學(xué)系統(tǒng)的聚焦點(diǎn),不可能得到理想的點(diǎn),而是一個(gè)衍射斑,如果各個(gè)聚焦點(diǎn)靠得很近,彌散斑就疊加在一起,我們看到的就是一團(tuán)模糊的圖像。而這樣一個(gè)極限使聲學(xué)成像系統(tǒng)的分辨率接近于入射聲波長(zhǎng)的二分之一。系統(tǒng)存在這樣一個(gè)極限的更本質(zhì)原因在于小于半波長(zhǎng)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(qiáng)度在一個(gè)波長(zhǎng)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(jìn)一步提高。論文第三章,首先,介紹了Fabrice Lemoult等使用遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)間反演的技術(shù)在諧振超材料上實(shí)現(xiàn)了亞波長(zhǎng)的聚焦；之后我們以此為啟發(fā),為了闡明其亞波長(zhǎng)聚焦更本質(zhì)的因素,同時(shí)在考慮到時(shí)間反演技術(shù)上的復(fù)雜、以及實(shí)施的繁瑣,充分利用了聲場(chǎng)以及結(jié)構(gòu)的形態(tài)特性,在不使用時(shí)間反演的情況下實(shí)現(xiàn)了亞波長(zhǎng)聚焦以及其遠(yuǎn)場(chǎng)控制；使用有限元分析仿真方法對(duì)實(shí)驗(yàn)部分進(jìn)行了進(jìn)一步的驗(yàn)證和拓展。最后分析了該種結(jié)構(gòu)的一些優(yōu)點(diǎn)和前景。3.多參數(shù)諧振材料下梯度聲透鏡的設(shè)計(jì)模擬以及實(shí)現(xiàn)幾個(gè)世紀(jì)以來(lái),通過(guò)對(duì)材料表面的打磨改變光線的傳播路徑,一直是設(shè)計(jì)和制造透鏡的傳統(tǒng)方法。盡管通過(guò)這種設(shè)計(jì)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(wú)法解決波在兩種介質(zhì)之間的反常折射問(wèn)題。所以通過(guò)改變區(qū)域內(nèi)的折射率,設(shè)計(jì)和制造透鏡無(wú)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(lái)實(shí)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(jì)。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(guò)理論計(jì)算在改變單個(gè)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(shí)驗(yàn)中將理論的折射率分布進(jìn)行離散化處理,以可樂(lè)罐為共振結(jié)構(gòu)進(jìn)行了折射率梯度透鏡的制造和測(cè)量；最后使用有限元分析仿真,對(duì)實(shí)驗(yàn)部分進(jìn)行了進(jìn)一步的計(jì)算驗(yàn)證。論文的最后,是對(duì)全文的總結(jié)和對(duì)未來(lái)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(yuǎn)場(chǎng)時(shí)間反演15-17
• 1.3 亞波長(zhǎng)成像17-21
• 1.4 論文的內(nèi)容安排21-22
• 參考文獻(xiàn)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(duì)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(duì)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(jì)算的相關(guān)方法34-35
• 2.4.2 有限元法計(jì)算周期性排列赫姆霍茲共鳴器對(duì)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(xiàn)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(yuǎn)場(chǎng)控制39-51
• 3.1 引言39
• 3.2 實(shí)驗(yàn)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(jì)算45-47
• 3.4 超分辨率聚焦的遠(yuǎn)場(chǎng)控制47-48
• 3.5 小結(jié)48-49
• 參考文獻(xiàn)49-51
• 第四章 多參數(shù)諧振材料下梯度聲透鏡的設(shè)計(jì)模擬以及實(shí)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(jì)51-55
• 4.3 實(shí)驗(yàn)部分55
• 4.4 仿真計(jì)算結(jié)果55-57
• 4.5 小結(jié)57
• 參考文獻(xiàn)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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本文編號(hào)：315535