声学超透射现象的频率特性研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

课题介绍：

最近，通过人工微结构的金属表面的超光传输的发现在科学界引起了人们的广泛关注。经过研究发现，与传统的理论相比更多的光可以通过金属光栅进行传播，即会发生光学超透射现象。这个发现引起了人们在理论上和实际上注入了更多的努力到这个研究中来解决这问题。在实际应用中，光学的超透射现象可以带来很大范围的应用，比如说亚波长的光传输。在理论上，这个物理原理的的影响启发了很多的讨论。一些物理模型已经被提出来解释潜在的物理原理。比如说spp，微导模型，共振腔和动力学衍射等。在最近，一种双波模型已经被提出来分析波的散射缝孔性质。研究发现两种表面波，spp和自由空间表面波在激光和渐逝的性质，都可以导致传输的调制的改变。

进一步研究发现，在声学领域声波也和光一样有着类似的超透射效应。在人工声学材料的反常效应中，人们发现，当声波入射到带有周期的亚波长尺寸深度的小孔或狭缝的硬板上时，在某些频率上会发生声波的超透射现象，即声波几乎百分之百透射过去。在发生这种现象时，在狭缝中声压会增强数十倍。经过数据整理计算人们发现，这是由于声波发生类法布里帕罗谐振造成的。经过数据从图1（a）中我们可以看到，在声波打到某一频率时，声波会几乎百分之百的穿透声栅，发生声学的超透射现象。在图1（b）中我们可以看到，在声栅区域的声压明显得到增强，强度大约比原来大80-119倍，由此也可以证明某些频率的声波的确在带有周期性的声栅上发生了声学超透射现象。通过空间压力场分布分析，两个共振峰的地方发生了法布里-帕罗谐振。这两个峰对应的零阶和第二阶谐振模式。从图1（b）我们也可以清楚的看出表面衍射波也在光栅两侧也有激发。

总之，声学超透射现象过程被调查研究后，人们基于严谨的分析，认为这是归因于激发在表面的衍射波和狭缝中法布里帕罗谐振的耦合。这和光学超透射现象的原理类似。然而，声学超透射现象和光学超透射现象之间的差异是显而易见的：（1）声系统中没有spp激发；（2）零级传播的波导模式存在于声学小孔，但在光系统，截止频率可以导致渐逝波导模式。所以在可见光和近红外波段，spp在光学超透射现象中起着关键的作用。所以进一步的研究是必要的，特别是对二维金属光栅的研究，我们相信我们的工作提供了深入了解对于亚波长超透射系统的依据。这一显着的效果会给超声波设备的应用，如：厚度选定频率的声波滤波器、声准直器、和紧凑的声学器件等具有亚波长特征的器件带来巨大冲击。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

首先通过在网络上查阅论文资料以及向老师请教，获取声学超透射及光学超透射现象的相关知识，理解声学超透射现象的基本原理。在发现查阅资料中对于固定周期声栅，发生超透射现象的声波频率较为固定。于是我希望通过我的实验探究来总结出一个规律，发现声栅周期性，声栅狭缝大小等因素对发生声学超透射现象的声波频率的影响。由于实验条件的限制，成本、时间等因素的制约，我没有办法去通过实际测量来进行实验。于是我打算采用有限元模拟软件Comsol5.0来再计算机上进行数据模拟以达到实验效果。在数据处理软件中，首先我计划通过改变狭缝和声栅的比例，观察发生声学超透射声波的频率，再通过对数据的收集整理来归纳出狭缝与声栅的比例对吸收声波的影响。其次再通过改变狭缝：将其从周期性改为非周期性，探究是否可以达到宽频吸收的效果。