[发明专利]基于声学超流体棱镜的单向负折射装置

说明书

技术领域

本发明涉及声学超材料及基于该超流体棱镜的单向负折射装置。

背景技术

声学超材料作为一种声学人工介质，已经被广泛研究并被用于操纵声波按照自己设计的方式传播，例如声隐身、完美声聚焦、声单向传输等都是利用超材料来操纵声波的。最典型的声学超材料是体弹性模量和质量密度均为负的超材料，这种材料也被称为负折射率材料。在上述负折射率材料和普通的双正材料的交界面处，声波会沿着和我们预想的相反的方向发生折射，我们称之为负折射。同时在声学非正定介质的研究表明，声学非正定介质也可以用来实现声学负折射，此种声学负折射的实现只需要声学材料密度张量中的4个量中的一个值为负即可，而并不需要密度张量在各个方向上均为负。由于这种非正定介质的高度各向异性，其色散曲线成双曲特性分布，我们可以通过层叠动态质量密度分别为正和负的均匀介质来构成上述非正定介质。然而，这种材料的负折射效应只能在材料共振频率附近的极小的频率范围内实现，因此，其负折射效应的带宽是比较窄的。

最近，受到电二极管对现代科学深远影响的启发，研究者们开始致力于声学波单向传输的研究。通过打破时间反演或者空间反演对称性，许多新颖的结构被提出并从实验上给予验证，例如声整流器、声二极管、声隔离器等。通过打破空间或者时间反演对称性，同样有助于研究其它形式的声单向传输效应。目前对单向负折射的装置仍处于研究阶段，还没有能在较宽频带范围内实现低损耗、单向负折射的装置。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有声学负折射效应的带宽窄及缺少实现低损耗单向负折射的超流体棱镜及其测试装置的问题，提供一种基于声学超流体棱镜的单向负折射装置。

基于声学超流体棱镜的单向负折射装置，它包括功率放大器、信号发生器、计算机和示波器，计算机的声波启动控制信号的输出端与信号发生器的声波启动控制信号的输入端连通，信号发生器的声波信号的输出端与功率放大器的声波信号输入端连通，示波器的信号输出端与计算机的接收波形信号的输入端连通，它还包括声源阵列、单向导通器件和声探测器，声源阵列、单向导通器件和声探测器依次顺序串接在声路中，声源阵列的声波信号的输入端与功率放大器的声波信号的输出端连通，声探测器的声波信号的输出端与示波器的声波信号的输入端连通。

本发明通过声源阵列发出平行声束，平行声束进入单向导通器件，利用单向导通器件的单向负折射的特征，使声探测器在单向导通器件的负折射出射位置处接收到声波信息；而从负折射出射位置处入射的平行声束，并没有沿着负折射所示的路径返回，而是发生了正折射。综上我们可以得出单向导通器件实现了单向导通声波的特性，即可将其看做声二极管。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，图2为具体实施方式三中单向导通器件的单向负折射的示意图，图3为具体实施方式三中沿单向导通器件负折射出射路径原路返回的声束的正折射示意图，图4为具体实施方式三中单轴声学超流体棱镜的实体图片，图5为具体实施方式三中不同频率下的正负折射角度的分布示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于声学超流体棱镜的单向负折射装置，它包括功率放大器1、信号发生器2、计算机3和示波器4，计算机3的声波启动控制信号的输出端与信号发生器2的声波启动控制信号的输入端连通，信号发生器2的声波信号的输出端与功率放大器1的声波信号输入端连通，示波器4的信号输出端与计算机3的接收波形信号的输入端连通，它还包括声源阵列5、单向导通器件6和声探测器7，声源阵列5、单向导通器件6和声探测器7依次顺序串接在声路中，声源阵列5的声波信号的输入端与功率放大器1的声波信号的输出端连通，声探测器7的声波信号的输出端与示波器4的声波信号的输入端连通。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述基于声学超流体棱镜的单向负折射装置的进一步限定，声源阵列5由多个GETTOP SR151135LE组成。

通过多个GETTOP SR151135LE小声源等间隔排列，组成线阵列来模拟输出我们所需要的平行声束。

具体实施方式三：结合图2至图5说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述基于声学超流体棱镜的单向负折射装置的进一步限定，单向导通器件6采用单轴声学超流体棱镜。