Graded-Index Metamaterial Waveguides: An Innovative Approach to Acoustic Wave Control

渐变折射率超材料波导:声波控制的创新方法

基本信息

  • 批准号:
    1436347
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 33万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-08-01 至 2018-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Acoustic waves play an important role in many applications, such as homeland security (e.g. sonar systems), healthcare (e.g. ultrasound imaging), and industry (e.g., non-destructive damage detections). However, there are currently limited functional acoustic materials that can effectively control and manipulate acoustic waves and be employed for next-generation acoustic-based devices. This award supports fundamental research on guiding, compression, amplification, and localization of acoustic waves through novel artificial acoustic materials (i.e., acoustic metamaterials). These engineered materials possess unique properties that are unachievable in natural materials. This work will open up new avenues towards the development of novel functional acoustic devices, which can potentially overcome the fundamental limitations encountered in conventional acoustic technologies. Various disciplines including physics, material science, medicine, measurement science, and energy sciences will benefit from different facets of this research. This award will also help broaden the participation of underrepresented groups in research and enrich the learning experience of students with innovative projects in an interdisciplinary curriculum integrated with the research findings.Through combined analytical, numerical, and experimental studies, the goal of this work is to achieve a fundamental understanding of the acoustic wave propagation and guiding mechanisms, material dispersion, effective refractive indices in various graded-index metamaterial waveguides. The largely unexplored properties of these acoustic metamaterials, including the remarkable wave compression and field amplification properties, will be investigated. This research will enrich the knowledge in the growing field of anisotropic metamaterials and lead to new methodologies for control and manipulation of acoustic fields with metamaterials. Furthermore, a novel experimental approach based on a fiber optic acoustic scanning system with graphene based fiber optic probes will be developed, which will offer an entirely new way for mapping and visualization of wave propagation properties in acoustic metamaterials. In addition, this award can also lead to the discovery of fundamentally new physical phenomena in graded-index metamaterial waveguides arrays (bulk graded index metamaterials) in terms of energy coupling, scattering, and localization.
声波在许多应用中起着重要的作用,例如国土安全性(例如声纳系统),医疗保健(例如超声成像)和行业(例如,非破坏性损害检测)。但是,当前有限的功能性声学材料可以有效地控制和操纵声波,并用于下一代声学的设备。该奖项支持有关通过新颖的人工声学材料(即声学超材料)指导,压缩,扩增和定位声波的基础研究。这些工程材料具有独特的天然材料中无法实现的特性。这项工作将为开发新型功能性声学设备开发新的途径,这可能会克服传统声学技术中遇到的基本局限性。包括物理学,材料科学,医学,测量科学和能源科学在内的各种学科将受益于本研究的不同方面。该奖项还将有助于扩大代表性不足的群体参与研究的参与,并丰富与研究结果相结合的跨学科课程中的学生的学习经验。结合了分析,数值和实验研究,这项工作的目的是实现对各种阶级的基本理解,有效地划分机械,有效地,有效地分配了分级,有效地,有效地,有效地分散,有效地,有效地分配,有效地分析了,有效地分析了,有效地理解了这项工作,有效地理解了这项工作,有效地理解了这项工作。超材料波导。这些声学超材料的很大程度上未开发的特性,包括显着的波浪压缩和场扩增特性。这项研究将丰富各向异性超材料不断增长的领域的知识,并为控制和操纵与超材料的声学领域提供新的方法。此外,将开发一种基于光纤声学扫描系统的新型实验方法,它将开发基于石墨烯的光纤探针,这将为绘制和可视化声传播特性提供一种全新的方法。此外,该奖项还可以导致在分级 - 索引超材料的波导阵列(大量分级指数超材料)中发现从根本上发现新的物理现象,从而在能量耦合,散射和本地化方面发现了物理现象。

项目成果

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