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中國團隊突破水-氣跨介質(zhì)聲通信技術 聲學超材料賦予我們新可能
2023年11月08日 11:41:22
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：小王 點擊量：5141
跨介質(zhì)通信作為當下的研究熱點，在近年來受到了業(yè)內(nèi)高度關注，大量的假設以及成果脫穎而出，但其中，能夠根本上解決水-氣跨介質(zhì)聲通信效率問題的技術卻并不多見。而從實用性角度來說，水-氣跨介質(zhì)聲通信技術是實現(xiàn)水下平臺與陸地平臺、空中平臺互聯(lián)互通的關鍵，尤其是在人類對海洋世界的探索與開發(fā)不斷深入的今天，這項技術也顯得尤為重要。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】跨介質(zhì)通信作為當下的研究熱點，在近年來受到了業(yè)內(nèi)高度關注，大量的假設以及成果脫穎而出，但其中，能夠根本上解決水-氣跨介質(zhì)聲通信效率問題的技術卻并不多見。而從實用性角度來說，水-氣跨介質(zhì)聲通信技術是實現(xiàn)水下平臺與陸地平臺、空中平臺互聯(lián)互通的關鍵，尤其是在人類對海洋世界的探索與開發(fā)不斷深入的今天，這項技術也顯得尤為重要。
而就在最近，中國科學院團隊成功實現(xiàn)了高效水-氣跨介質(zhì)聲通信，為海洋勘探、海洋生物成像以及海洋網(wǎng)絡構建等眾多領域提供了重要的技術基礎。
水-氣跨介質(zhì)聲通信的難點
高中物理中就提過，水與空氣都可以作為聲波遠距離傳播的介質(zhì)，這也是高效水-氣跨介質(zhì)聲通信理論上可行的基礎，但是阻抗的存在則增加了實施的難度。簡單的說就是聲音在跨越水-氣界線的時候會出現(xiàn)損耗，并且這種損耗非常大，這也是水-氣跨介質(zhì)聲通信的根本難點。
具體來說，由于水和空氣之間存在巨大的阻抗差異，當聲波直接入射到水-氣界面時，聲波便會發(fā)生反射現(xiàn)象，僅僅只有有0.1%的聲能量能透過界面?zhèn)鞑?。當然也不是說沒有解決辦法，只是過去基于于共振的窄帶聲音傳輸方案，會限制通信容量和效率，并非理想的應用方式。
聲學超材料帶來的可能性
事實上，知道了問題所在，解決問題的方向也就基本明確了。據(jù)悉，中國科學院團隊將解決問題的重心放在了協(xié)同調(diào)節(jié)梯度匹配層中的聲速和厚度上，根據(jù)相關資料中提到的就是“將每一層的聲學參數(shù)調(diào)節(jié)到一個可實現(xiàn)的范圍，并利用空氣中的超材料和水中的空心構型超材料實現(xiàn)指數(shù)分布的水-氣梯度阻抗匹配層”。
而在后續(xù)的實驗中，科研團隊也證明了其設計并使用的聲學超材料結(jié)構能夠在880至1760赫茲(Hz)范圍內(nèi)，實現(xiàn)平均16.7分貝(dB)的聲能量透射增強，并且傳輸準確率達到99.95%，相當于已經(jīng)實現(xiàn)了高容量精確通信與高效通訊兩個目的。
據(jù)悉，目前該成果已經(jīng)在國際專業(yè)學術期刊《應用物理通訊》(Applied Physics Letter)發(fā)表，并且被美國物理學聯(lián)合會《科學之光》周刊推薦報道，同時我們也有理由相信其后續(xù)的發(fā)展能夠為眾多應用場景帶來新的可能。
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