声学超表面的非对称声分束特性研究

宋爱玲，孙超彧，陈天宁，项延训，轩福贞

(1.华东理工大学机械与动力工程学院，上海 200237；2.西安交通大学机械工程学院，西安 710049)

0 引 言

声学超材料[1]是类比电磁学超材料提出的一种具备特殊物理性能的新型复合材料，在国防安全、工业发展和社会环境等领域有巨大的应用前景，近年来成为声学领域的前沿研究热点。自然界中各种形式的能量传播都遵循互易原理，声波作为一种经典波其传播同样也遵循互易原理[2-3]。声学领域中没有与其他领域类似的单向机制，且存在线性条件下互易原理的限制，致使实现非互易声传播存在着很大的理论和技术困难。实现非互易声传播均需要打破系统的时间反演对称性，可以采用流动介质、非线性材料、时空调制结构参数等方法实现。另一种实现声波单向传播的方法是破坏结构的空间反演对称性，近十年来，国内外学者利用声子晶体、声学梯度材料、声学超表面、声学栅等声人工材料设计线性非对称声学系统打破空间反演对称性实现了非对称声传播，在能量传输效率、工作带宽和结构尺寸等方面均具有很大的天然优势。

在一些特殊场合人们希望声波可以沿两个甚至多个方向进行传播，例如声通信中希望将声信号传递给不同方向的接收方，且可以任意控制接收方收到的信息量。声通信作为一种收发信息的技术，在国防军事领域发挥着重要作用。声分束器[4]是将一束波分成两束或多数波的装置，为声通信技术的发展提供了一种参考方法。……