渦旋聲束具有螺旋的相位波前,中軸線上形成聲強為零的相位奇點,其所攜帶的軌道角動量在粒子操控領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)聲渦旋只在傳播軸線上形成一個拓撲荷可控的渦旋波束,這限制了聲渦旋的應(yīng)用靈活性。基于環(huán)形點聲源陣列和相位編碼技術(shù),利用奇偶聲源分別產(chǎn)生共軸雙渦旋聲束的聲場疊加,在傳播截面上形成了具有中心渦旋和子渦旋的離軸多渦旋聲場;研究了雙渦旋拓撲參數(shù)對離軸渦旋的個數(shù)、位置及拓撲荷的影響,基于聲渦旋的徑向聲壓和相位分布,確定了離軸渦旋的離軸半徑,并結(jié)合聲源位置推導(dǎo)子渦旋中心方位角的計算公式,實現(xiàn)離軸渦旋的精確定位。本研究突破了沿軸分布的渦旋聲場只能形成單點渦旋勢阱的操控局限,為利用離軸多渦旋實現(xiàn)多點粒子捕獲提供了理論依據(jù),促進渦旋聲場在精確粒子操控和傳輸方面的高效應(yīng)用。 

【文章來源】：聲學(xué)學(xué)報. 2020,45(01)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖２離軸多渦旋聲場的聲壓和相位分布??（在２?＝?２０?ｃｍ截面內(nèi)（ａ，ｂ）丨ｓ＝２和（ｃ，ｄ＿）〖〇?＝?－４渦旋聲束以及二者疊加（ｅ，ｆ））??通過改變兩個渦旋聲束的拓撲荷，模擬了聲場??4

１期??丁鶴平等：共軸雙渦旋聲束形成離軸多渦旋的定位??６５??－５０?－４０?－３０?－２０?－１０?０?１０?２０?３０?４０?５０??（ｃｍ）??．Ｙ（ｃｍ）??－５０?－４０?－３０?－２０?－１０?０?１０?２０?３０?４０?５０??ｘ?（ｃｍ）??ｘ（ｃｍ）??－５０?－４０?－３０?－２０?－１０?０?１０?２０?３０?４０?５０??Ｏ??ｘ?（ｃｍ）??ｘ?（ｃｍ）??圖２離軸多渦旋聲場的聲壓和相位分布??（在２?＝?２０?ｃｍ截面內(nèi)（ａ，ｂ）丨ｓ＝２和（ｃ，ｄ＿）〖〇?＝?－４渦旋聲束以及二者疊加（ｅ，ｆ））??通過改變兩個渦旋聲束的拓撲荷，模擬了聲場??分布，獲得了離軸多渦旋聲場的渦旋個數(shù)、拓撲性??質(zhì)及其空間分布的規(guī)律。圖４（ａ）和圖４（ｂ）顯示了??ｋ?＝?－１和ｂ?＝?－３時所形成的離軸多渦旋聲場的截??面聲壓和相位分布，可見聲場中心形成一個Ｌ?＝??的中心禍旋，在ｒ?＝?１８．０?ｃｍ的圓環(huán)上對稱分布２個??Ｕ?＝?的子渦旋。當(dāng)子渦旋個數(shù)較少時，中心渦旋半??徑較小，所形成的子渦旋離聲場中心的距離較校在??ＺＥ?＝?２和ｂ?＝?－４時所形成離軸多渦旋聲場的截面聲??壓和相位分布如圖２（ｅ）和圖２（ｆ）所示，可見隨著ｋ??的增大，中心渦旋的半徑相應(yīng)增大，而中心渦旋拓撲??荷保持為Ｌ?＝?２；圍繞中心渦旋，在半徑為２７．０?ｃｍ的??圓周上均勻分布了?６個？ｓ二－１的子渦旋。??可見，通過兩個具有不同拓撲荷共軸渦旋聲束??的疊加，可以在傳播截面內(nèi)行形成１個沿軸分布的??中心渦旋，其拓撲荷和兩個渦旋聲束拓撲荷絕對值??

??－４０??－５０??－５０?－４０?－３０?－２０?－１０?０?１０?２０?３０?４０?５０??－ｙ?（ｃｍ）??ｐ?＾?＾??報??較小者一致；卩個子渦旋均勻分布在靠近中心??禍旋的圓軸上，子渦旋的拓撲荷絕對值為１，其方向??和兩個渦旋波束中拓撲荷絕對值較大者相同；相對??于中心軸，圓周上均勻分布相鄰子渦旋中心的空間??角為２７ｔ／｜Ｇ－?Ｚ０｜，其具體位置由聲源位置和初始相??位差決定。如＝?３和〖〇?＝－５兩個渦旋聲束疊加??后，離軸多渦旋聲場的聲壓和相位分布如圖４（Ｃ）和??圖４（ｄ）所示，在中心形成一個半徑較大Ｚｃ?＝?３的中??心潤旋，在周圍ｒ?＝?４０?ｃｍ的圓周上均勾分布８個??“?＝－１的子渦旋。當(dāng)子渦旋中心到中心軸的距離大??于聲源半徑時，子渦旋形成一個向外發(fā)散的聲場分??布，而不能形成一個封閉的聲壓分布區(qū)域。綜上所??述，通過具有不同拓撲荷的共軸雙渦旋聲束可以形??成的離軸多渦旋，包含１個中心渦旋和多個離軸子??渦旋，通過兩個渦旋波束拓撲荷丨ｓ和丨〇就可以準(zhǔn)??確確定中心渦旋和子渦旋的個數(shù)及其拓撲荷。??Ｉ?５０??－５０?－４０?－３０?－２０?－１０?０?１０?２０?３０?４０?５０??８０??ｓ?５０?Ｉ??４０??３０?ｊ??；：??－５０?－４０?－３０?－２０?－１０?０?１０?２０?３０?４０?５０??ｘ?（ｃｍ）?ｘ?（ｃｍ）??圖３由化＝１和丨０?＝—３雙渦旋聲束所形成離軸多渦旋聲場的軸向聲壓（ａ）和相位（ｂ）分布??５０??４０??３０??２０??＿?１〇??！?〇??－１０??－２０??－３０??－４０??－５０??聲壓?

【參考文獻】：
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本文編號：3131607