我國科研人員成功製備三維水下聲學隱身毯

圖1. 水下聲學隱身毯樣品實物照片

近日，中科院聲學研究所雜訊與振動重點實驗室研究員楊軍與副研究員賈晗帶領超材料研究組，在期刊《應用物理快報》在線發表論文表示，首次成功製備出三維水下聲學隱身毯樣品，並通過實驗驗證了其隱身效果。

基於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。截至2017年底，基於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。

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，隨後進一步在水下利用周期分布的銅片製備出二維的水下聲學隱身毯樣品。

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稜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於被隱藏目標上，並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。

該成果解決了隱身結構中聲固耦合的問題，完善了設計並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方面邁出了重要的一步，在未來水下反探測領域具有十分重要的應用前景。

中國科學院聲學研究所雜訊與振動重點實驗室研究員楊軍與副研究員賈晗領導的超材料研究組在《科學報告》（Scientific Reports）上在線發表了最新研究成果《水下聲學隱身毯的設計與驗證》（Design and demonstration of an underwater acoustic carpet cloak）。該項成果首次製備出水下聲學隱身毯樣品，並實驗驗證了其隱身效果。

隨著近些年聲學超材料與變換聲學的發展，以控制聲傳播路徑為手段的新型聲學隱身器件引起人們極大關注，聲學隱身毯便是其中之一。該研究組曾利用穿孔板結構實現了二維空氣聲隱身毯，並進行了實驗驗證，成果發表於《應用物理學雜誌》（Journal of Applied Physics）。然而，由於水聲器件對材料參數的苛刻要求，水下聲學隱身毯一直停留在理論模擬階段。該研究組巧妙地在變換聲學中引入了參數弱化因子，以犧牲一定阻抗匹配為代價，製備出水下聲學隱身毯樣品。實驗結果證實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。研究中所提出的水下聲學隱身毯結構十分簡單，且工作效率高，得到同行評審專家的高度認可。該工作為新型聲學隱身器件走向實際應用打下了堅實的基礎，在未來水下反探測中具有十分重要的應用前景。

論文第一作者是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項目的資助。

圖2. 水下聲學隱身毯工作示意圖（b為入射聲場分布；c, d, e分別為平面、凸起散射體和覆蓋毯後散射體的回波聲場分布）

信息來源：《中國科學報》 (2018-06-06 第1版 要聞)；中科院聲學所

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