記者8日從中國科學(xué)院聲學(xué)研究所（以下簡稱“聲學(xué)所”）獲悉，該所研究人員利用超材料，成功實(shí)現(xiàn)水—氣跨介質(zhì)高效通信。相關(guān)研究成果發(fā)表于應(yīng)用物理學(xué)著名期刊《應(yīng)用物理快報(bào)》，并被美國物理學(xué)聯(lián)合會(huì)《科學(xué)之光》周刊報(bào)道。
隨著人類對(duì)海洋世界的探索與開發(fā)逐漸深入，實(shí)現(xiàn)水氣間跨介質(zhì)通信變得十分重要。聲波在水和空氣中都能夠遠(yuǎn)距離傳播，因此被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)水—氣跨介質(zhì)通信的最可行載體。
然而，由于聲波在水和空氣之中傳播的難易程度存在巨大差異，當(dāng)聲波直接入射到水—氣界面時(shí)，僅有0.1%的聲能量可以透過界面?zhèn)鞑?，這給基于聲波的水—氣通信帶來了巨大挑戰(zhàn)。同時(shí)，以往針對(duì)水—氣傳輸?shù)难芯慷嗉性诨诠舱竦恼瓗曇魝鬏敺较颍@極大地限制了通信的容量和效率。
為實(shí)現(xiàn)基于聲波的高效水—氣跨介質(zhì)通信，聲學(xué)所楊軍團(tuán)隊(duì)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，設(shè)計(jì)出寬頻水—氣阻抗匹配層，通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了匹配層在寬頻范圍內(nèi)的聲能量透射增強(qiáng)效果，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了基于聲波的水—氣跨介質(zhì)高效通信。
“在這項(xiàng)研究中，我們首先調(diào)節(jié)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(gè)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，構(gòu)建出指數(shù)分布的水—氣梯度阻抗匹配層。”楊軍解釋道。
更重要的是，研究團(tuán)隊(duì)還制作出匹配層樣品，在水槽中分別測試了有無匹配層下的聲能量透射效果。測試結(jié)果表明，在880—1760赫茲，匹配層的聲能量透射增強(qiáng)效果平均達(dá)16.7分貝。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將聲學(xué)所的所徽?qǐng)D案編碼在匹配層的透射頻帶內(nèi)，在13個(gè)通道并行傳輸，傳輸準(zhǔn)確率達(dá)到了99.95%，實(shí)現(xiàn)了水和空氣間的高容量精確通信。
楊軍表示，該成果在海洋勘探、海洋生物成像等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。（來源：科技日?qǐng)?bào) 記者陸成寬）
