高东宝 朱纪霖 张赛 周鹤峰 曾新吾‡

1) (国防科技大学气象海洋学院,长沙 410073)

2) (江苏大学物理与电子工程学院,镇江 212013)

基于一维声栅中的Rayleigh-Bloch (RB)模式基本特点,设计了一种单层结构弯曲声波导.利用有限元方法从时域和频域两方面验证了弯曲声波导的有效性,RB 模式波可以沿着波导的弯曲界面传播.研究发现,由于采用了环形结构基本单元,在该波导中存在两种传播模式,分别对应能量局域在单元间(模式-1)和单元内部(模式-2)两种情况.其中,模式-2 声传输效果更佳,几乎可实现无损传输.时域研究中分别采用了调制脉冲和高斯脉冲两种信号形式,分析了它们在弯曲声波导中的传输过程.由于波导中只允许RB 模式波传播,因此对于宽频信号来说,可起到滤波的效果.并且,不同模式(频率)的信号会出现在声波导的不同位置,所得结果对于声波定向传输、声探测与识别等研究具有理论与应用价值.

1 引 言

声波导是一种重要的声学基础结构,既存在于自然环境中(如海洋波导),也存在于人工结构中.近年来,基于人工结构单元实现声波导效应的研究得到人们的广泛关注[1].利用变换声学理论和超材料技术设计的各向异性声波导[2],由零参数超材料构造的无损声传输波导结构[3],以及利用拓扑边界态在周期拓扑结构的边界处产生的波导效应等[4],均成为近来的研究热点.

在由单层散射体单元构成的衍射声栅中存在一种特殊的声场分布模式,即Rayleigh-Bloch (RB)模式……