文献综述
- 研究目的和意义
声学超材料是一种人工设计结构的材料，具有超越自然界材料行为的特性，进一步拓展了材料的声学属性。同时, 声学超构材料可以实现对声波精准的、可设计的操控, 以及许多新颖奇特的物理现象, 如声准直、声聚焦、声场隐身、声单向传输、声学超分辨成像等, 具有重要的理论研究意义和应用价值。[1]
本文以广义Snell定律以及声超材料为基础，对声的单向传输进行了理论与实验研究，以此归纳总结出声音通过超声材料进行单向传输的特殊情况。该技术对于声音吸收、噪声控制等领域具有潜在的应用价值，进而衍生出能应用这这项技术的产品，例如：隐身衣、偏振转换器等。同时也体现了声超表面的概念可以用来解决实际的声学问题，并具有独特的优势。
- 国内外研究概况
随着纳米技术加工技术的迅速发展，国内外出现了许多具有与传统材料不同的反常性质的超材料,例如：左手材料、光子晶体、超磁性材料等[2]，由此研究出了多种声单向传输技术以及发明。
- 国外研究概况
①.意大利伊苏布利亚大学非线性和复杂系统中心的主任、物理学教授朱莉娅·卡萨提和意大利全国研究委员会复杂系统研究所的研究员史提芬劳·勒普瑞两人受到受热二极管能够不对称地传输热量这一机制的启发，提出了一种新的声学机制。他们设想会有一种超材料或一套设备，其具有非线性的属性，能以意想不到的方式让声波弯曲（正如单面镜一样），从而实现让声音只朝一个方向传输，阻挡或者屏蔽外来的声波的目的。卡萨提和勒普瑞也已经从数学上证明，制造出这种超材料或者设备是可能的。[3]
②.声学环形器：美国德克萨斯大学奥斯汀分校的电气工程师安德里亚·阿卢(Andrea Ali)和同事发表了一项研究,介绍了一种能让声音单向传播的器件。这种名为“声学环形器”（acoustic circulator)的器件，类似于电信和雷达设备使用的隔离器,能限制微波和无线电波只沿单一方向传播。利用该装置，人们可以听到别人的谈话，自己却不会被别人听见，被广泛用于侦查等装置中。[4]
③.耶鲁大学开发声波单向传输新技术，科研人员通过设置两个特殊设计的柔性薄膜声学谐振器，利用使用激光控制的“调谐旋钮”装置，实现了存储在第一个谐振器中的声音可以传到第二个谐振器中，而第二个谐振器中的声音却不能传递到第一个谐振器中，而通过拓展，也实现了热量交换的单向传递。耶鲁大学杰克·哈里斯（Jack Harris）实验室的这些成果在线发表于2019年4月3日的《自然》（Nature）期刊上。[5]
- 国内研究概况
①.'声二极管'[6]是首次由中国科学家提出的新概念，是一种声音整流器件，类似电子二极管的电整流效应，它通过组合超晶格结构与强声学非线性媒质实现声音整流可实现声整流效应。2009年，南京大学程建春课题组利用声子晶体与非线性声学媒质的巧妙组合,创新性的提出了第一个简单却有效的声二极管理论模型，首次实现了声能流的单向传输现象。
②.2014年南京大学程建春课题组提出了第一个声三极管理论模型，可以像电子三极管操控电流般对声流进行操控与放大，该结构中出声信号与输入声信号具有相同频率,表明其具有用于实现级联以及逻辑运算的潜力。声三极管首次实现了声能流的放大与开关效应,并提供了实现声学逻辑门等新概念器件的可能性,有望在声学信号处理等领域产生广泛应用并启发新的设计思想。[6]
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