近日，中國科學(xué)院聲學(xué)研究所噪聲與音頻聲學(xué)實驗室成功實現(xiàn)高效水—氣跨介質(zhì)聲波通信，相關(guān)研究成果日前在國際學(xué)術(shù)期刊《應(yīng)用物理快報》發(fā)表。
隨著人類對海洋世界的探索與開發(fā)，實現(xiàn)水氣間的跨介質(zhì)通信變得十分重要。由于聲波在水和空氣中均能夠遠(yuǎn)距離傳播，因此被認(rèn)為是實現(xiàn)水—氣跨介質(zhì)通信最可行的載體。然而，由于水和空氣之間存在巨大的阻抗差異，當(dāng)聲波直接入射到水—氣界面時，僅有0.1%的聲能量能透過界面?zhèn)鞑?，這給基于聲波的水—氣通信帶來了巨大的挑戰(zhàn)。以往針對水—氣傳輸?shù)难芯炕揪窒拊诨诠舱竦恼瓗曇魝鬏?，這大大限制了通信容量和效率。
△基于寬帶阻抗匹配層的水—氣聲通信示意圖
為了實現(xiàn)高效的水—氣聲波通信，科研團隊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，實現(xiàn)了從水到空氣的阻抗間隙，并設(shè)計出了寬頻水—氣阻抗匹配層，通過仿真和實驗驗證了匹配層在寬頻范圍內(nèi)的聲透射增強效果，并實現(xiàn)了跨介質(zhì)的水—氣聲波通信。這一成果對于海洋勘探，海洋生物成像以及海洋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等眾多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。