多孔特異材料在聲學(xué)深亞波長(zhǎng)成像中的應(yīng)用

1、多孔特異材料在聲學(xué)深亞波長(zhǎng)成像中的應(yīng)用,2012.5,傳統(tǒng)聲柵透射,在亞波長(zhǎng)領(lǐng)域，聲波的透射系數(shù)：,其中a為狹縫的寬度，λ是入射波長(zhǎng),異常聲學(xué)透射（EAT）,亞波長(zhǎng)的周期狹縫陣列,a：結(jié)構(gòu)示意圖和相應(yīng)的透射譜 b1和b2分別對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)為2.02d和1.09d兩個(gè)透射峰處的聲壓分布，d為狹縫陣列的周期,異常聲學(xué)透射（EAT）,亞波長(zhǎng)的周期孔陣列,亞波長(zhǎng)圓形孔陣列的聲學(xué)透射譜孔的半徑r = 0.6 mm，陣列周期a = 2.0 mm，板的

2、厚度t = 2.0 mm,模擬的亞波長(zhǎng)穿孔板,實(shí)驗(yàn)使用的穿孔板以及面陣列穿孔板的概念圖，幾何尺寸為單位穿孔邊長(zhǎng)a = 0.79 mm，晶格常數(shù) = 1.58 mm，剛性穿孔板厚度h = 158 mm。,零階透射系數(shù),透射系數(shù)對(duì)于所有的平行動(dòng)量，包括倏逝波，都有相同的模1。,,在激發(fā)駐波共振的條件下，即qzh = mπ ，m 為整數(shù)時(shí)：,零階透射系數(shù),8個(gè)不同頻率下零階透射系數(shù)的模：前面4個(gè)頻率是FP共振的最低共振頻率，后面4個(gè)是介于4個(gè)

3、共振頻率之間的頻率。,單位穿孔模型,理論透射系數(shù),模擬透射系數(shù),,基本模型,2150Hz,聲壓分布,線陣列穿孔模型,,2150Hz,線陣列穿孔板,聲壓分布,基本模型,線陣列穿孔模型,線陣列結(jié)構(gòu)的距離輸出端不同距離處聲壓分布,互補(bǔ)結(jié)構(gòu)模型,線陣列的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)距離輸出端不同距離處聲壓分布,無穿孔板模型,無穿孔板結(jié)構(gòu)距離輸出端不同距離處聲壓分布,三種結(jié)構(gòu)對(duì)比,三個(gè)模型的輸出端聲壓分布情況：虛線為線陣列穿孔模型，叉為線陣列的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)模型，圓圈為無

4、穿孔板模型,面陣列穿孔模型,面陣列穿孔板,輸入端的正方形孔，邊長(zhǎng)9.875mm，為輸入波長(zhǎng)的1/16,面陣列穿孔模型,截面1（0.158 mm）,截面2（0.79 mm）,截面3（1.58 mm）,模擬結(jié)果,理論結(jié)果,面陣列穿孔的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)模型,面陣列穿孔板的互補(bǔ)結(jié)構(gòu),輸入端的正方形孔，邊長(zhǎng)9.875mm，為輸入波長(zhǎng)的1/16,面陣列穿孔的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)模型,模擬結(jié)果,截面1（0.158 mm）,截面2（0.79 mm）,截面3（1.58 mm

5、）,理論結(jié)果,兩種陣列穿孔板,面陣列穿孔板沒有將輸入端接收到的倏逝波轉(zhuǎn)化為傳輸波，也就是說這種結(jié)構(gòu)無法進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)成像。,面陣列穿孔板,兩個(gè)邊長(zhǎng)為w = 7.9 mm的正方形孔，其中心距離為s = 11.85 mm，輸入平面波波長(zhǎng)為158 mm，相距3.95 mm，為波長(zhǎng)的1/40。,面陣列穿孔板,距離輸出端1.58 mm處的聲壓，以及中線上的聲壓分布,理論值,模擬值,面陣列穿孔板,字母”E”，線寬度為3.18 mm，為輸入平面波波長(zhǎng)158

6、 mm的1/50。,面陣列穿孔板,距離輸出端1.58 mm處的聲壓，以及中線上的聲壓分布,實(shí)驗(yàn)值,模擬值,總 結(jié),本文顯示了面陣列特異材料穿孔板能夠成近場(chǎng)深亞波長(zhǎng)（ λ/50）物體的真實(shí)像。亞波長(zhǎng)物體的信息之所以能夠有效的傳遞依賴于多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)激發(fā)的Fabry-Perot共振，在共振條件下，物體散射出的含有大波矢量的倏逝波場(chǎng)與透射共振模式強(qiáng)烈耦合，因而能夠傳遞到輸出端，成清晰的像。但如果入射波的頻率偏離了共振頻率，或者截取成像的距離與輸

7、出端相距過遠(yuǎn)，那么成像的質(zhì)量都會(huì)有很大的損失。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了這種多孔結(jié)構(gòu)特異材料穿孔板能夠作為一個(gè)亞波長(zhǎng)量級(jí)的成像設(shè)備，它工作在系統(tǒng)FP共振模式?jīng)Q定的一系列離散的共振頻率下。,展 望,本文所做的亞波長(zhǎng)（ λ/50）已經(jīng)遠(yuǎn)小于衍射極限，并且通過減小穿孔板的幾何參數(shù)，該結(jié)構(gòu)能在更高的頻率下增強(qiáng)成像的質(zhì)量。 在經(jīng)過更多應(yīng)用方面的研究，多孔特異材料在提高醫(yī)學(xué)超聲成像的質(zhì)量、合金材料內(nèi)裂縫的無損檢測(cè)、水下聲納等很多領(lǐng)域都能得到應(yīng)用