声学结构介质中的共振耦合效应及其在倏逝波增强中的应用

将结构介质的特殊声传输特性应用到声透镜设计方面正得到广泛的关注。共振型结构介质具有微单元几何尺度远小于工作波长、可增强近场声倏逝波等特点，能够以薄层平板声透镜对低频微小声源进行亚波长分辨率成像，在声波地质勘探等领域有重要的应用前景。然而，目前成像的机理仅仅被简单归结于结构介质具有负值有效动态声学参数引起的反相效应，其深入的作用机理却不甚清楚，特别是微单元共振耦合效应在倏逝波增强传输过程中的作用还缺乏深入的研究，已影响到结构介质亚波长成像研究的进一步深入。本项目拟从声波模式耦合的微观角度深入研究结构介质的成像机制，通过定量表征微单元局部共振模式和声倏逝波模式的耦合效应、以及局部共振模式之间的共振耦合效应，探索倏逝波模式在结构介质中激发、传输、增强过程，寻找结构介质的关键参数对共振耦合效率及倏逝波增强幅度的影响和规律，并在理论研究的基础上进一步开展实验工作。

利用结构介质设计声透镜正得到广泛的关注。然而，其成像仅被简单归因于结构介质的有效动态声学参数，深入的作用机理却不甚清楚，特别是微单元共振耦合效应在倏逝波增强传输过程中的作用还缺乏深入的研究。本项目从声波模式耦合的微观角度深入研究结构介质的成像机制，通过定量表征微单元局部共振模式和声倏逝波模式的耦合效应、以及局部共振模式之间的共振耦合效应，初步建立了不同横向波矢的倏逝波模式在结构介质中激发、传输、增强过程的物理模型。为寻找结构介质的关键参数对共振耦合的作用，分别利用等效线路模型和有限元法对twist角度等各参量的影响进行了系统的理论计算和数值模拟，对相邻单元间共振耦合的组合机理进行了深入讨论，理论和数值结果相吻合。进一步，为提升亚波长成像深度和对比度，研究了一系列基于强各向异性和负系数介质中的倏逝波传输及成像效果，并实验获得了十分之一波长的亚表面声像。在项目研究期间，在SCI 源刊物上发表论文46 篇，国际学术会议特邀报告2篇，口头报告6 篇，国内学术会议特邀报告1篇，口头报告10 篇，授权国家发明专利1 项，申请2项。