Subwavelength Su-Schrieffer-Heeger topological modes in acoustic waveguides
拓扑系统提供了一种强有力的方法，将波能定位在结构材料的边缘。通常这依赖于布拉格散射来获得具有非平凡拓扑结构的带隙。然而，这限制了它们对低频的适用性，因为这将需要非常大的结构。解决这个问题的标准方法是在材料内部添加谐振元件，以打开亚波长范围内的间隙。不幸的是，人们通常没有精确的控制所获得的拓扑模式的属性，如他们的频率或本地化长度。在这项工作中，我们提出了一种新的构造耦合声谐振器，使声学模式被精确映射到本征模式的苏-施里弗-希格模型。晶格模型中的能量与声学频率之间的关系由谐振器的特性控制。这使我们能够获得苏-施里弗-Heeger拓扑模式在任何给定的频率，例如在亚波长制度。我们还推广的建设，以获得良好控制的拓扑边缘模式在替代可调配置。
2021-12-26 physics.class-ph
Steerable sound transport in a 3D acoustic network
准无损和非对称的声音传输，这是非常理想的各种现代物理系统中，几乎是基于非线性或角动量偏置效应具有极高的功率电平和复杂的调制方案。一种可操纵的声音沿任意声学路径传输的实用路径，特别是在三维声学网络中，可以彻底改变声功率流和声音通信。在这里，我们设计了一个声学器件组成的正四面体腔与四个圆柱形波导。一个较小的正四面体固体在这个空腔中偏心地安置，以打破其空间对称性。数值计算和实验结果表明，在较宽的频率范围内，声功率流可以在远离偏心固体的两个波导之间无阻地传输。此外，在本征模附近，来自不同波导的声波可以分别沿着压缩和展宽的路径传输到不同的波导，而不会相互干扰。赋予这些准无损和不对称的传输特性，我们构建了一个三维声学网络，其中的声功率流可以灵活地传播沿任意的声音路径所定义的声学设备偏心安置的规则四面体固体。
2017-03-07 physics.class-ph
Producing acoustic 'Frozen Waves': Simulated experiments with diffraction/attenuation resistant beams, in lossy media
所谓的局域波（LW）和“冻结波”（FW），由于其令人惊讶的能量局域化特性，在光学和超声领域引起了极大的关注。LWs抵抗大距离衍射的影响，并且在尺寸小于天线的障碍物之后具有有趣的自我重建（自我修复）特性;而FW（它们的子类）提供了在波传播轴的预定间隔（例如0 < z < L）内任意建模场纵向强度图案的可能性。更具体地，FW是“静止”的局部化场，即，具有静态包络（仅载波在其中传播），并且还可以被赋予高横向局部化。本文通过模拟实验研究了在类水介质中产生频率f_o = 1 MHz的超声FW场的各种情况，并考虑了衰减的影响。我们目前的结果FW的距离L=80 mm，在衰减介质中的吸收系数α在70 <α < 170 dB/m的范围内。这样的模拟FW场构造通过使用我们开发的程序，通过适当的有限叠加的单色超声贝塞尔光束。我们适当注意FW参数的选择，由实验声学所施加的严格限制，以及换能器设计的一些实际意义。冻结波的能量定位特性甚至可以在许多医疗设备中找到应用，例如bistouries或声学镊子，以及用于治疗患病组织（特别是用于破坏肿瘤细胞，而不影响周围组织;此外还用于安全的肾结石关闭等）。
2013-12-30 physics.class-ph
Edge modes in 2D electromagnetic slab waveguides: analogues of acoustic plasmons
我们分析了平面电磁波由两个完美的电导体形成的平板波导限制。值得注意的是，描述这种波导中的横向电磁模式的2D麦克斯韦方程组精确地映射到流体或气体中的声波方程。我们发现，两个平板波导与相反的符号磁导率之间的接口支持一维边缘模式，类似于表面声学等离子体在接口与相反的符号质量密度。我们分析了这种新型的边缘模式的情况下，各向同性介质和各向异性介质张量渗透率（包括双曲介质）。我们还考虑到“非厄米”的边缘模式与虚频率或/和传播常数。我们的理论预测是可行的光学和微波实验涉及二维超材料。
2020-07-21 physics.class-ph physics.optics
Perfect and broadband acoustic absorption by critical coupling
我们实验和分析报告宽带和窄带完美吸收在两个不同的声波波导谐振腔的几何形状的临界耦合机制。在第一几何结构中，谐振器（亥姆霍兹谐振器）被侧向加载到波导，并且它具有中等的品质因数。在第二种几何结构中，谐振器（粘弹性多孔板）被在线加载，并且它包含具有低品质因数的两个谐振模式。谐振模的能量泄漏到波导和系统的固有损耗之间的相互作用揭示了一个完美的和宽带接近完美的吸收。本文的研究结果可为波物理领域中宽带理想吸收体的设计提供参考。
2014-12-29 physics.class-ph
On the applicability of Kramers-Kronig dispersion relations to guided and surface waves
在无界介质中，作为频率的函数的声衰减通过Kramers-Kronig色散关系与频率相关的声速（色散）相关。这些关系对于更好地理解衰减和色散的性质以及作为物理声学测量中的工具是非常重要的，其中它们可以用于控制目的。然而，物理声学测量通常不是在无界介质中进行，而是在声波导中进行，例如在充满液体的管道内。表面声波也经常用于物理声学测量。在目前的工作中，Kramers-Kronig关系的导波和表面波的适用性进行了研究，使用的方法基于复变函数的理论。它表明，Kramers-Kronig关系有限的适用性，导波和表面波。特别地，它们不适用于在波导中传播的波，其特征在于波能可能从波导泄漏到周围介质中。对于没有泄漏的波导，例如由刚性壁形成的波导，Kramers-Kronig关系对于理想液体和粘性液体都是有效的。在前一种情况下，Kramers-Kronig关系表示截止频率以下的非传播（渐逝）高阶声学模式经由截止频率以上的相同模式的色散的指数衰减。在适用的情况下，使用Kramers-Kronig关系的波的色散和衰减的数值计算的例子，无界介质和刚性壁形成的波导。
2019-11-06 physics.class-ph
Minimization variational principles for acoustics, elastodynamics, and electromagnetism in lossy inhomogeneous bodies at fixed frequency
将经典的Dirichlet和Thompson能量极小化原理推广到固定频率下有耗非均匀体的声学、弹性动力学和电磁学中。这是通过建立在思想的Cherkaev和Gibiansky，谁推导出最小化变分原理的准静态。在没有自由电流的情况下，基本电磁最小化变分原理具有最小值，该最小值是在体内耗散的时间平均电功率。变分原理提供了当模量已知时对场的边界值的约束。相反，当测量了场的边界值时，它们提供了关于体内模量值的信息。这应该适用于电磁层析成像。我们还推导出相应于Gurtin，Willis和Borcea的变分原理的鞍点变分原理。
2011-05-04 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.AP
Reverse Time Migration for Reconstructing Extended Obstacles in Planar Acoustic Waveguides
提出了一种新的逆时偏移方法，利用固定频率的声波重建平面波导中的扩展障碍物。我们证明了在孔径和波导的厚度方面的重建方法的分辨率。分辨率分析意味着互相关成像函数的虚部总是正的，因此可以具有更好的稳定性。数值实验来说明强大的成像质量，并确认我们的分辨率结果。
2014-06-10 math-ph math.MP physics.class-ph
Propagation of acoustic waves in two waveguides coupled by perforations. II. Application to periodic lattices of finite length
本文研究了两个波导管之间通过穿孔耦合的一般性问题，这两个波导管可以是无隔板的穿孔管消声器，也可以是有隔板的穿孔管消声器，也可以是有吸声材料的穿孔管消声器。其他示例是具有蜂窝腔的分支谐振器的管道，其可以耦合或不耦合，以及分离器消音器。假设低频，在每个指南中仅考虑一种模式。在两个波导中的传播可能非常不同，例如由于收缩的存在。该模型是一个离散的，周期性的，基于四阶阻抗矩阵及其对角化。所有的计算都是解析的，这要归功于矩阵在二阶矩阵中的划分，并且允许处理非常广泛的问题。研究了几个方面：讨论了波导对另一波导的反应的局域性和非局域性，耦合系数的定义，有限尺寸的n单元格插入无限长波导时的效应，插入损耗与色散的关系。假设如下：线性声学，无平均流，刚性壁。然而，穿孔的串联阻抗的影响，这是通常被忽略的，被考虑在内，并进行了讨论。当没有损失时，它示出，由于对称性的原因，截止频率取决于串联阻抗或并联导纳，并且是晶格的细胞的本征频率，在细胞的端部具有零压力或零速度。
2016-03-10 physics.class-ph
Acoustic Su-Schrieffer-Heeger lattice: Direct mapping of acoustic waveguides to Su-Schrieffer-Heeger model
拓扑物理学强烈依赖于具有特定对称性的原型格模型。我们在这里报告的理论和实验工作，直接映射到一维的苏-施里弗-Heeger手征模型的声波波导。本文从连续二维波动方程出发，采用单峰近似和等长管段条件相结合的方法，得到所需的离散方程。结果表明，开或闭边界条件拓扑自动导致边缘模式的存在。我们说明了如何自然地出现由于四分之一波长的条件和守恒的通量的边缘模式的图形建设。此外，我们的系统，这是确保由几何约束的透明的手征性，使我们能够研究手征性无序的数值和实验。我们的实验结果表明，在可听制度的拓扑边缘模式的预测鲁棒性。
2022-01-12 cond-mat.mes-hall physics.class-ph
A General Framework of Bound States in the Continuum in an Open Acoustic Resonator
连续介质中的束缚态（BIC）提供了一种可行的方法来实现光子学和声学中的高Q共振。在这项工作中，我们提出了一个一般的方法来构建Friedrich-Wintgen（FW）BIC和偶然BIC的耦合声波导谐振器系统。我们证明，FW BIC可以实现任意两个简并共振在一个封闭的谐振腔中，无论他们是否有相同或相反的宇称。此外，通过调整附加波导的位置，可以任意设计它们的本征模分布。这表明了一种有效的方法，连续切换的性质，从FW BIC的安全保护BIC或意外的BIC。此外，这种BIC在耦合波导谐振器系统中以诸如矩形、椭圆形和菱形的形状被维持。这些有趣的现象很好地解释了两个能级的有效非厄米哈密顿量，其中两个强耦合的简并模式在形成这样的FW BIC中发挥了重要作用。此外，我们还发现，通过调节附加波导的位置，这种开放系统在几何空间而不是动量空间也支持偶然的BIC，这归因于波导与封闭腔本征模之间的耦合猝灭。最后，我们制作了一系列三维耦合谐振波导，并通过测量透射谱验证了FW BIC和偶然BIC的存在。我们的研究结果补充了目前的声学BIC库，并为设计新型声学器件提供了新的途径，如吸声器，滤波器和传感器。
2022-07-14 physics.app-ph physics.class-ph
Giant magnetoelastic coupling in Love acoustic waveguide based on uniaxial multilayered TbCo2/FeCo nanostructured thin film on Quartz ST-cut
铁磁薄膜中动态应变和磁化强度的耦合是一个非常重要的物理问题，它对多功能器件和信息处理具有重要的技术意义。动态应变可以由包括体波、表面波或导波的声波产生。在这项工作中，我们提出的理论和实验研究的纯剪切水平（SH）波与单轴多层TbCo 2/FeCo薄膜的延迟线配置上的石英ST-90 X切割制作的相互作用。我们从理论上评估了相速度随磁场变化的演化，并从实验上评估了透射系数的变化。一个压磁模型，使我们能够计算的弹性刚度常数的多层作为一个功能的应用磁场。该模型还实现了声波频散曲线的计算。我们表明，相速度的演变是由C66弹性刚度常数的变化所预期的情况下，剪切水平表面波。所制造的设备，让我们在410 MHz和1.2 GHz，分别激发基波和三次谐波剪切模式。对于这两种模式，理论结果证实了很好的实验。在1.2 GHz的模式具有接近2.5%的最大相速度偏移和衰减达到500 dB/cm，灵敏度高达250 ppm/Oe。报告的理论模型和实验结果是巨大的兴趣，先进的设备的发展磁场传感应用以及调查磁振子-声子相互作用在一个基本的水平。
2020-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
