跨介質(zhì)的水-氣聲通信能高效實(shí)現(xiàn)嗎？中國科研團(tuán)隊(duì)最新完成的一項(xiàng)聲學(xué)超材料結(jié)合研究成果給出了肯定的答案。
記者7日從中國科學(xué)院聲學(xué)研究所獲悉，該所噪聲與音頻聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室博士研究生周萍及其導(dǎo)師楊軍研究員、賈晗研究員等開展合作研究，首次將空氣中的超材料和水中的空心構(gòu)型聲學(xué)超材料結(jié)合，實(shí)現(xiàn)從水到空氣的阻抗間隙，并設(shè)計出寬頻水-氣阻抗匹配層，通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該匹配層在寬頻范圍內(nèi)的聲透射增強(qiáng)效果，從而實(shí)現(xiàn)高效的跨介質(zhì)的水-氣聲通信。
由中國科研團(tuán)隊(duì)完成的這項(xiàng)聲學(xué)研究領(lǐng)域重大突破成果論文，近日在國際專業(yè)學(xué)術(shù)期刊《應(yīng)用物理通訊》(Applied Physics Letter)被主編選為特色文章發(fā)表，并獲美國物理學(xué)聯(lián)合會《科學(xué)之光》周刊推介報道。
據(jù)科研團(tuán)隊(duì)介紹，隨著人類對海洋世界的探索與開發(fā)，實(shí)現(xiàn)水氣間的跨介質(zhì)通信變得十分重要。由于聲波在水和空氣中均能夠遠(yuǎn)距離傳播，因此被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)水-氣跨介質(zhì)通信最可行的載體。然而，由于水和空氣之間存在巨大的阻抗差異，當(dāng)聲波直接入射到水-氣界面時，僅有0.1%的聲能量能透過界面?zhèn)鞑�，這給基于聲波的水-氣通信帶來巨大的挑戰(zhàn)。以往針對水-氣傳輸?shù)难芯炕揪窒拊诨诠舱竦恼瓗曇魝鬏�，這大大限制了通信容量和效率。
為實(shí)現(xiàn)高效的水-氣聲通信，科研團(tuán)隊(duì)首先通過協(xié)同調(diào)節(jié)梯度匹配層中的聲速和厚度，將每一層的聲學(xué)參數(shù)調(diào)節(jié)到一個可實(shí)現(xiàn)的范圍，并利用空氣中的超材料和水中的空心構(gòu)型超材料實(shí)現(xiàn)指數(shù)分布的水-氣梯度阻抗匹配層。
隨后，科研團(tuán)隊(duì)制作出匹配層樣品，在水槽中分別測試了有無匹配層下的能量透射，結(jié)果表明，其所設(shè)計的匹配層能在880至1760赫茲(Hz)范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)平均16.7分貝(dB)的聲能量透射增強(qiáng)。
本項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將聲學(xué)所的所徽圖案通過頻分復(fù)用的方式編碼在匹配層的透射頻帶內(nèi)進(jìn)行傳輸，圖案以13個通道進(jìn)行并行傳輸，傳輸準(zhǔn)確率達(dá)到99.95%，實(shí)現(xiàn)了水和空氣間的高容量精確通信。
科研團(tuán)隊(duì)表示，他們這項(xiàng)研究工作中所實(shí)現(xiàn)的基于寬帶阻抗匹配的水-氣聲通信，對于海洋勘探、海洋生物成像以及海洋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等眾多領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。(完)
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