Focusing Airborne Ultrasound with Partially Occluded Emission from Rectangular Plate with Flexural Vibration Mode
提出一种利用弯曲振动方形板和振幅掩膜聚焦空中超声波的低成本方法,实验证明其能成功形成焦点,且比传统相控阵或复杂3D制造更易实现大孔径放大,有望推动全房间工作空间的新型应用。
2024-06-03 physics.app-ph
Hybrid Magnetoacoustic Metamaterials for Ultrasound Control
我们提出了一类超材料,其中声波的传播是通过磁弹性耦合磁性控制。超材料由嵌入非磁性矩阵中的薄磁性层(“谐振器”)的周期性阵列形成。携带能量通过该结构的声波与谐振器的磁模式杂交(“法诺谐振”)。这导致了一组丰富的效应,通过布拉格散射增强,并且当磁共振频率接近或位于声学带隙内时最为明显。结构的声反射表现出磁致透明和Borrmann效应。我们的分析表明,布拉格散射和法诺共振的组合效应可以克服普遍存在于现实系统中的磁阻尼。这为这种结构在波计算和信号处理中的应用铺平了道路
2019-11-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Metamaterial-Inspired Bi-resonators Vibration Absorbers for Railway Tracks: Experimental Study of Flexural Wave Control
University at Buffalo (SUNY)(纽约州立大学布法罗分校);Pusan National University(釜山国立大学)
提出基于连接多个局部共振带隙概念的铁路调谐质量阻尼器宽带设计方法,经模态分析、设计制造及实验验证,单谐振器可降振74%,双谐振器拓宽带宽,随机振动分析显示设计的TMDs有效性。
2026-07-07 physics.app-ph
Force sensing with a graphene nanomechanical resonator coupled to photonic crystal guided resonances
本研究提出用光子晶体导模共振替代反射镜,通过模拟证明可将石墨烯纳米机械谐振器的力传感响应度提高一个数量级,实现低光功率、高信噪比的热振动分辨,为超灵敏力检测提供简单光学方案。
2025-07-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Discovery of Two Types of Twinkling Can Explain Contradictory Observations among Twinkling Artifact Investigators in Ultrasound Imaging
闪烁探测器是探测肾结石、结石等致密物体的有用工具,特别是当没有声学阴影并且强回声组织的存在阻碍了可视化时。这种现象还没有完全被理解。不同的科学团体有矛盾的发现,关于它的属性:他们中的一些人观察到在提高脉冲重复频率(PRF)的闪烁强度下降,而另一些人发现闪烁是独立的PRF等,在本文中,我们假设,这种矛盾可以部分解决的假设,有两种类型的闪烁。第一种类型可能是由微空化的随机相位反射产生的,即使在PRF高到足以抑制血流的情况下也可以记录。第二种是弹性振动,因为被调查对象在超声领域像钟摆一样摆动。这些振动可以与诸如肌肉收缩等的外部源或来自换能器发射的信号的声辐射力相关联。第二类闪烁在高PRF下消失,并且可以在硅树脂和聚氨酯体模中定期观察到,其中空化微泡的发生是极不可能的。关键词:超声成像、闪烁成像、结石检测、多普勒效应、彩色帧标测、声辐射力、弹性振动、超声体模、空化、微泡。
2019-12-05 eess.IV physics.app-ph physics.med-ph
Phase sensitive imaging of 10 GHz vibrations in an AlN microdisk resonator
我们展示了一个高频相敏外差式振动计,工作频率高达10 GHz。使用这种外差式测振仪,振幅和相位场的基本厚度模式,径向基本和二阶模式的AlN光机械微盘谐振器被映射与位移灵敏度约为0.36皮米,在1 Hz的分辨率带宽。同步幅度和相位测量允许精确的模式识别和表征。记录的模态频率和模态参数与数值模拟结果一致。该测振仪对高频机械装置的研制具有重要意义。
2017-12-04 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Sliding nanomechanical resonators
振动物体的运动是由握它的方式决定的。这个简单的观察长期以来一直激励着弦乐器制造商通过设计优雅的琴弦夹紧机制来创造新的声音,从而随着琴弦的振动调节夹紧点之间的距离。在纳米尺度上,模仿这一原理的最简单方法是可控地使纳米谐振器滑过它们的夹点,这将有效地调节它们的振动长度。在这里,我们报告的纳米机械谐振器,揭示了这样的滑动运动的弯曲振动的测量。令人惊讶的是,当调谐栅极电压循环时,振动的谐振频率绘制环路。这种行为表明,滑动伴随着谐振器的延迟频率响应,使得它们的动态比具有固定夹紧点的谐振器更丰富。我们的工作阐明了非常规边界条件下的纳米机械谐振器的动力学,并提供了从谐振频率测量在纳米尺度上研究摩擦的机会。
2022-10-28 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Resonant Ultrasound Spectroscopy: Asymptotic Behavior of Resonant Frequencies
本文研究了共振超声光谱学中本征频率的渐近行为,重点分析其增长率与收敛性,并观察弹性常数对本征频率的影响。
2023-07-29 physics.app-ph
Magnetic cooling and vibration isolation of a sub-kHz mechanical resonator
本研究利用绝热核去磁技术在干式稀释制冷机中将硅悬臂力传感器冷却至约1 mK并实现低振动隔离,品质因子在2 mK时达约4·10^4,为探索连续自发局域化模型的新参数空间奠定基础。
2023-02-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Strong Vibrational Coupling in Room Temperature Plasmonic Resonators
从光腔力学到机电力学,各种机械系统都实现了强振动耦合。$^{1, 2, 3, 4, 5}$这是实现对振动态的量子控制的基本要求。$^{6, 7, 8, 9, 10, 11}$迄今为止研究的大多数机械系统是耦合到光学模式的介电或半导体纳米材料的振动共振。$^{12, 13, 14, 15}$虽然对两种机械模式之间的耦合的研究较少,特别是$^{3, 9}$,但由于这些系统中快速的能量耗散,还没有实验观察到等离子体纳米结构的超高频声学模式的强耦合。在这里,我们实现了强振动耦合的超高频等离子体纳米谐振器通过增加一个数量级的振动品质因数。这是通过阻塞以传出声波形式的能量耗散路径来实现的。我们实现了最高的频率品质因数产品的$\mathbf{f}\times\mathbf{Q}=1.0\times10^{13}$ Hz的基本机械模式在室温等离子体纳米谐振器的报告日期,这超过了基态冷却所需的$0.1\times10^{13}$ Hz的值。避免交叉之间的两个等离子体纳米谐振器的振动模式与$\mathbf{g}=7.5\pm 1.2$ GHz的耦合率,一个数量级大于耗散率。模间强耦合与耦合振子模型的理论计算结果一致。我们的研究结果扩展了机械谐振器的强耦合系统,并为未来观察和控制金属纳米颗粒中声子模式的量子行为提供了平台。
2019-03-05 physics.app-ph
Gear-tuning meta-shaft for low-frequency torsional vibration suppression
Beijing Institute of Technology(北京理工大学);The Hong Kong University of Science and Technology(香港科技大学)
本研究提出一种基于齿轮移位机制的可调元轴,通过自锁齿轮谐振器实现低频扭转振动的有效抑制。
2026-01-26 physics.app-ph
Weak signal enhancement by non-linear resonance control in a forced nano-electromechanical resonator
驱动的非线性谐振器可以显示尖锐的共振,甚至多稳态行为服从诱导弱信号的强增强。这样的增强可以利用振动共振现象,由此通过用另一适当调节的非共振高频场驱动非线性振荡器,可以放大施加到谐振器的弱低频信号。在这里,我们证明了一个微弱的信号的共振增强,通过使用的振动力,但在一个单稳态系统由一个驱动的纳米机电非线性谐振器。振荡器受到强准共振驱动和两个附加音调:低频的弱信号和中频的非共振驱动。我们在实验和理论上表明,由于中频驱动的存在下,使振动共振的发生,弱信号的显着增强。我们分析这种现象的相干非线性共振操纵。我们的研究结果说明了一个一般的机制,可能有应用领域的射频信号处理或传感,例如。
2019-10-01 physics.app-ph physics.optics
Precision ultrasound sensing on a chip
超声波传感器在科学和技术领域有着广泛的应用。然而,需要提高灵敏度,以用于增强和增加空间分辨率。在这里,我们介绍了腔光学机械超声传感,其中双重光学和机械谐振增强超声信号。我们实现了8- 300 $μ$ Pa/ $\sqrt{\rm Hz}$在千赫到兆赫频率的微型硅芯片为基础的传感器与$>$ 120 dB的动态范围的噪声等效压力。灵敏度远远超过单独使用光学谐振的类似传感器,并且归一化到感测区域,超过先前的空气耦合超声波传感器几个数量级。本底噪声第一次由声波在其中传播的气体中的分子的碰撞主导。这种新的声学传感方法可以应用于从生物医学诊断到自主导航,痕量气体传感和单细胞生命诱导振动的科学探索。
2018-10-08 physics.app-ph quant-ph
Free and forced vibrations of damped locally-resonant sandwich beams
本文研究了多自由度粘滞阻尼谐振器周期性分布于芯层矩阵中的局部共振夹层梁的动力学问题。采用等效单层梁模型,耦合质量弹簧阻尼器子系统代表的谐振器,两种解决方案的方法。第一种方法是直接积分法,可提供任意载荷下的精确频率响应。第二种是复模态分析方法,通过推导复模态的正交条件,获得精确的模态脉冲和频率响应函数。计算所有的特征值,而不遗漏任何人的挑战性的问题,解决了应用最近推出的轮廓积分算法的特征方程作为一个确切的频率响应矩阵的行列式,其大小是$4 \times 4$,无论谐振器的数量。数值算例验证了所提方法的正确性和鲁棒性。
2021-04-10 physics.app-ph
Inherent Non-Linear Damping in Resonators with Inertia Amplification
惯性放大是一种耦合振动结构内的自由度的机制。其目标是实现明显的高动态质量和相应的低谐振频率。已经描述了这种结构用于局部共振超材料和声子晶体中,以降低带隙的起始频率而不增加系统的质量。这项研究表明,平移或旋转振动之间的任何非线性运动耦合导致的振幅依赖阻尼的外观。具有惯性放大的谐振器的运动方程的解析推导在阻尼过程中产生洞察力,并且示出振动阻尼随着其振幅而增加。两种类型的惯性放大谐振器的实验证据验证了理论研究。最后,振幅相关的阻尼的重要性,说明当结构被用作调谐质量阻尼器的悬臂梁。
2021-06-29 physics.app-ph
Design and characterization of cochlea-inspired tonotopic resonators
耳蜗由于其复杂的螺旋结构和独特的感知特性,长期以来一直是各个研究领域的研究对象。它最有趣的功能之一是能够根据频率内容在不同的空间位置感测声波。在这项工作中,我们提出了一种新的设计的tonotopic谐振器,基于耳蜗启发螺旋。所得到的结构进行了优化过程中表现出的面外振动模式的平均面外位移最大值分布沿其中心线跨越近二十年的频率范围。进行了数值模拟来证明这一概念,这也在3D打印结构上得到了实验证实。所得到的频率相关的分布被证明是一个可行的信息源的歧视与各种频率分量的信号。利用tonotopic功能可以作为一个基本原则,设计结构的应用领域,如无损检测和振动衰减。
2022-09-14 physics.app-ph
Time Modulation to Manage and Increase the Power Harvested From External Vibrations
我们研究如何一个单一的谐振器与时间调制组件提取功率从外部环境源。然而,所收集的功率在很大程度上取决于调制信号频率的精确选择。我们专注于使用一个自由度的机械谐振器,其中阻尼器具有随时间变化的组件从外部振动吸收的功率。我们表明,时间调制可以使收获的功率量的显着差异,导致超过10倍的增强,相对于一个类似的系统没有时间调制。我们还发现,一个窄带峰和下降的吸收功率的频谱中发生的,因为存在一个例外点的简并(EPD)。在这个窄的频率范围内,阻尼器调制信号和外部振动信号之间的延迟很大程度上影响了收集的功率。EPD诱导的功率管理的高频率选择性可以潜在地用于传感和光谱仪应用。
2023-03-18 physics.app-ph
Mechanically Modulated Sideband and Squeezing Effects of Membrane Resonators
研究了本征频率在低频(<1kHz)调制的非线性模的边带谱。这种额外的参数调制导致显着的反共振边带光谱中的线形,这可以通过驱动模式的振动状态进行控制。我们还建立了反共振频率与系统热涨落压缩之间的直接联系。我们的工作不仅提供了一个简单而可靠的方法压缩特性,而且开辟了一个新的可能性,对边带应用。
2021-07-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.class-ph
Frequency stabilization of self-sustained oscillations in a sideband-driven electromechanical resonator
the Hong Kong University of Science and Technology(香港科技大学);William Mong Institute of Nano Science and Technology, the Hong Kong University of Science and Technology(香港科技大学黄茂基纳米科学技术研究院);Michigan State University(密歇根州立大学)
通过双模系统和相位控制方法,实现机电谐振器中自维持振荡频率的稳定化,显著减少相位波动。
2024-05-14 cs.SY eess.SY physics.app-ph
Dynamics of Coupled Metamaterials: Acoustic Black Hole, Local Resonator & Multistable Oscillator
本文研究了耦合超材料的动力学,包括耦合声学黑洞与局部共振器的超材料梁的波传播,以及一维超材料链中的多稳态非线性振荡器,为工程结构的振动衰减提供新方法。
2024-06-18 physics.app-ph physics.class-ph
Imaging nanomechanical vibrations and manipulating parametric mode coupling via scanning microwave microscopy
本研究提出基于扫描微波显微镜的新平台,利用单个金属尖端操控和检测纳米机电谐振器振动,实现机械模式映射、阻尼效应研究及参数耦合能量转移,为量子传感提供有力工具。
2024-06-28 physics.app-ph physics.ins-det
Evaluation of ultrasound sensors for transcranial photoacoustic sensing and imaging
本文通过测量人类颅骨的声学约束,评估并设计了平凹光学谐振器(PCOR)超声传感器,证明其在低频段具有高灵敏度和平坦频率响应,优于传统压电传感器,适用于经颅光声传感与成像。
2023-06-05 physics.app-ph physics.med-ph
Fundamental Antisymmetric Mode Acoustic Resonator in Periodically Poled Piezoelectric Film Lithium Niobate
本工作基于周期极化压电铌酸锂设计了基态反对称模(A0)声学谐振器,利用相反极化压电层缓解电荷抵消,在294 MHz下实现了26.3的高优值,为微型信号处理和传感应用提供了首个高效A0器件。
2023-08-27 eess.SP physics.app-ph