穿孔板中异常声透射现象的研究
近十几年以来，对于亚波长领域中光异常透射现象的研究越来越引起人们的兴趣，研究人员不断提出各种物理模型试图从物理本质上解释这种光的异常透射现象。同时这种光的异常透射现象也存许在多与之相关的物理现象和潜在应用，涉及的领域包括隐形斗蓬、表面增强拉曼光谱、磁光效应、负折射现象、超高密度光数据的存储光聚集效应等等。 而声波与光和电磁波都具有波动的性质，因此人们也一直在试图寻找经典波动的异常透射现象。直到最近几年，声波的异常透射现象才被正式在实验中得到证实。之后，研究人员通过与光的异常透射现象进行比较，提出了几种得到广泛认可的物理模型来解释声的异常透射现象。其中最主要的就是，基于Fabry-Perot共振的耦合干涉理论。但由于声波与光在异常透射现象中所表现出的巨大不同，对于其根本的物理机制仍然需要广泛的研究与讨论。声波经过亚波长孔径时激发的衍射波、高次耗散模态、共振腔的多重散射波等对于声异常透射现象的贡献与作用还需要做更多的研究。同时针对声异常透射现象中表现出来的强角度依赖、窄透射频带等特性也需要从物理机制上查明根源。 本文主要针对传统亚波长穿孔板的异常声透射现象，建立相应的物理模型，通过耦合干涉理论和阻抗匹配、电力声类比等方法，从理论上推导其透射系数与结构尺寸、声波参数等的关系。试图弄清声异常透射现象的内在物理机制。此外针对目前传统亚波长穿孔板异常声透射现象中存在的强角度依赖的问题，根据亥姆霍兹共振腔的特性，提出了一种同时具有异常声透射现象且不依赖入射角度特性的新型亚波长穿孔板结构。并且通过相应的理论推导、数值计算、实验验证等手段，证明该结构所独有的特性。 通过对穿孔板结构详尽的理论分析，我们弄清了以下事实: 1、在亚波长条件下，传统穿孔板的狭缝中会激发出高次耗散模态。正是由于高次耗散模态引入了一个等效声阻抗，才导致了异常声透射现象的发生。如果入射声波波长远大于结构周期尺寸时，高次耗散模态很难被激发，此时穿孔板透射现象主要受二分之一波长共振影响，就不会表现出异常透射现象了。 2、高次耗散模态与透射波的耦合干涉作用对声波入射角度敏感。随着入射角度的不同，其耦合作用也就会表现出差异。正因为如此，传统穿孔板的异常声透射现象才表现出强角度依赖特性。 3、针对传统穿孔板中异常声透射现象强角度依赖特性的原因，我们在结构中设计了两个共振腔。通过共振腔引入的声阻抗，使结构满足阻抗匹配关系，实现异常声透射现象。同时由于引入的声阻抗使透射频带所对应的波长较长，使得高次耗散模态很难被激发，从而消除了角度对透射频带的影响，实现不依赖角度的异常声透射现象。 4、此外通过对传统穿孔板的理论分析，我们也基本弄清了其结构各个尺寸对异常透射频带的影响关系。
声波;异常透射现象;亚波长穿孔板结构;物理模型
中国海洋大学
硕士
声学
王宁
2015
中文
O424
56
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）