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中國科學院聲學研究所成功制備三維水下聲學隱身毯

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點擊次數:912 更新時間:2018年06月15日23:14:19 打印此頁 關閉
聲學所成功制備三維水下聲學隱身毯

  6月1日,中國科學院聲學研究所噪聲與振動重點實驗室研究員楊軍與副研究員賈晗帶領的超材料研究組,在期刊《應用物理快報》(Applied Physics Letters)在線發表了新研究成果《三維寬頻水下聲學隱身毯的實驗驗證》(Experimental demonstration of three-dimensional broadband underwater acoustic carpet cloak)。該研究組首次成功制備出三維水下聲學隱身毯樣品,并通過實驗驗證了其隱身效果。

  基于超材料的聲學隱身毯是一種以控制聲傳播路徑為手段的新型聲學隱身器件。

  此前,該研究組在空氣中利用穿孔板結構實現了二維的聲學幻象(Journal of Applied Physics, http://dx.doi.org/10.1063/1.4775408),隨后進一步在水下利用周期分布的銅片制備出二維的水下聲學隱身毯樣品,并通過聲場測量驗證了有效性(Scientific Reports, http://www.nature.com/articles/s41598-017-00779-4)。

  截至2017年底,基于超材料的新型水下隱身器件一直停留在二維狀態。然而,二維的隱身器件存在一定的局限性,從第三個方向進行探測的聲波可以輕易發現隱藏目標。

  近期,該研究組通過精密的設計,利用周期性互相分隔的鋼條構建出水下八棱錐形的三維聲學隱身毯。

  在水池實驗中,研究人員將聲學隱身毯覆蓋于被隱藏目標上,并對回波聲場進行測量。實驗結果證實,這個隱身體系的聲回波信號與平整反射面的聲回波信號相一致,成功實現對目標的聲隱藏,驗證了該隱身毯的有效性。

  此外,在不同截面上,隱身體系的回波聲場表現一致,證明三維隱身毯可以躲過任意方向的探測聲波。

  該研究所提出的三維聲學隱身毯,解決了隱身結構中聲固耦合的問題,完善了設計并通過實驗證明了其全向有效性,在新型聲學隱身器件的實用化進程邁出了重要的一步,在未來水下反探測領域具有十分重要的應用前景。

  論文第一作者為2015級博士生畢亞峰,通訊作者為楊軍。該研究得到中科院青年創新促進會、中科院先導專項、國家自然科學基金等資助。

  參考文獻:BI Yafeng, JIA Han, SUN Zhaoyong, YANG Yuzhen, ZHAO Han, YANG Jun. Experimental Demonstration of Three-dimensional Broadband Underwater Acoustic Carpet Cloak. Applied Physics Letters( Epub 2018 June 01).DOI: 10.1063/1.5026199. 

  論文鏈接

  圖1. 水下聲學隱身毯樣品概念圖(左)和實物圖(右)。物體可以藏匿于隱身毯底部的空間,避免被聲納探測發現(圖/畢亞峰)

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  圖2. 不同情況下測量的聲場,圖a為入射聲場,圖b-圖d分別為平面、散射體、覆蓋隱身毯后的回波場。圖b與圖d非常相似,證明了隱身毯的有效性(圖/畢亞峰)

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