[發明專利]基于聲學超流體棱鏡的單向負折射裝置

有效

• 申請號: 201410024769.7
• 申請日: 2014-01-20
• 公開（公告）號: CN103761962B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 劉盛春;馬春波;祝雪豐;李坤;彭玉桂;高影;張云龍;張金濤
• 申請（專利權）人: 黑龍江大學
• 主分類號: G10K11/30
• 分類號: G10K11/30;G01H17/00
• 代理公司: 哈爾濱市文洋專利代理事務所(普通合伙)23210
• 代理人: 孫淑榮

技術領域

本發明涉及聲學超材料及基于該超流體棱鏡的單向負折射裝置。

背景技術

聲學超材料作為一種聲學人工介質，已經被廣泛研究并被用于操縱聲波按照自己設計的方式傳播，例如聲隱身、完美聲聚焦、聲單向傳輸等都是利用超材料來操縱聲波的。最典型的聲學超材料是體彈性模量和質量密度均為負的超材料，這種材料也被稱為負折射率材料。在上述負折射率材料和普通的雙正材料的交界面處，聲波會沿著和我們預想的相反的方向發生折射，我們稱之為負折射。同時在聲學非正定介質的研究表明，聲學非正定介質也可以用來實現聲學負折射，此種聲學負折射的實現只需要聲學材料密度張量中的4個量中的一個值為負即可，而并不需要密度張量在各個方向上均為負。由于這種非正定介質的高度各向異性，其色散曲線成雙曲特性分布，我們可以通過層疊動態質量密度分別為正和負的均勻介質來構成上述非正定介質。然而，這種材料的負折射效應只能在材料共振頻率附近的極小的頻率范圍內實現，因此，其負折射效應的帶寬是比較窄的。

最近，受到電二極管對現代科學深遠影響的啟發，研究者們開始致力于聲學波單向傳輸的研究。通過打破時間反演或者空間反演對稱性，許多新穎的結構被提出并從實驗上給予驗證，例如聲整流器、聲二極管、聲隔離器等。通過打破空間或者時間反演對稱性，同樣有助于研究其它形式的聲單向傳輸效應。目前對單向負折射的裝置仍處于研究階段，還沒有能在較寬頻帶范圍內實現低損耗、單向負折射的裝置。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有聲學負折射效應的帶寬窄及缺少實現低損耗單向負折射的超流體棱鏡及其測試裝置的問題，提供一種基于聲學超流體棱鏡的單向負折射裝置。

基于聲學超流體棱鏡的單向負折射裝置，它包括功率放大器、信號發生器、計算機和示波器，計算機的聲波啟動控制信號的輸出端與信號發生器的聲波啟動控制信號的輸入端連通，信號發生器的聲波信號的輸出端與功率放大器的聲波信號輸入端連通，示波器的信號輸出端與計算機的接收波形信號的輸入端連通，它還包括聲源陣列、單向導通器件和聲探測器，聲源陣列、單向導通器件和聲探測器依次順序串接在聲路中，聲源陣列的聲波信號的輸入端與功率放大器的聲波信號的輸出端連通，聲探測器的聲波信號的輸出端與示波器的聲波信號的輸入端連通。

本發明通過聲源陣列發出平行聲束，平行聲束進入單向導通器件，利用單向導通器件的單向負折射的特征，使聲探測器在單向導通器件的負折射出射位置處接收到聲波信息；而從負折射出射位置處入射的平行聲束，并沒有沿著負折射所示的路徑返回，而是發生了正折射。綜上我們可以得出單向導通器件實現了單向導通聲波的特性，即可將其看做聲二極管。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖，圖2為具體實施方式三中單向導通器件的單向負折射的示意圖，圖3為具體實施方式三中沿單向導通器件負折射出射路徑原路返回的聲束的正折射示意圖，圖4為具體實施方式三中單軸聲學超流體棱鏡的實體圖片，圖5為具體實施方式三中不同頻率下的正負折射角度的分布示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述基于聲學超流體棱鏡的單向負折射裝置，它包括功率放大器1、信號發生器2、計算機3和示波器4，計算機3的聲波啟動控制信號的輸出端與信號發生器2的聲波啟動控制信號的輸入端連通，信號發生器2的聲波信號的輸出端與功率放大器1的聲波信號輸入端連通，示波器4的信號輸出端與計算機3的接收波形信號的輸入端連通，它還包括聲源陣列5、單向導通器件6和聲探測器7，聲源陣列5、單向導通器件6和聲探測器7依次順序串接在聲路中，聲源陣列5的聲波信號的輸入端與功率放大器1的聲波信號的輸出端連通，聲探測器7的聲波信號的輸出端與示波器4的聲波信號的輸入端連通。

具體實施方式二：結合圖1說明本實施方式，本實施方式是對具體實施方式一所述基于聲學超流體棱鏡的單向負折射裝置的進一步限定，聲源陣列5由多個GETTOP?SR151135LE組成。

通過多個GETTOP?SR151135LE小聲源等間隔排列，組成線陣列來模擬輸出我們所需要的平行聲束。

具體實施方式三：結合圖2至圖5說明本實施方式，本實施方式是對具體實施方式一所述基于聲學超流體棱鏡的單向負折射裝置的進一步限定，單向導通器件6采用單軸聲學超流體棱鏡。