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基于声学超材料的近场点声源亚波长分辨率显微成像模拟
Published in 2015
所谓近场声学，是相对于远场声学而言。传统的声学理论，通常只研究远离光源或者远离物体的声场分布，一般统称为远场声学。远场声学在原理上存在着一个远场衍射极限，限制了利用远场光学原理进行显微和其它光学应用时的最小分辨尺寸和最小标记尺寸。而近场声学则研究距离光源或物体一个波长范围内的光场分布。在近场声学研究领域，远场衍射极限被打破，分辨率极限在原理上不再受到任何限制，可以无限地小，从而基于近场声学原理可以提高显微成像与其它光学应用时的光学分辨率。 声学超材料自问世之日起就受到了国内外科学家们的广泛追捧，在很多领域都可以看到其踪迹，以声子晶体为代表的声超材料具有很多天然材料所不具备的声学特性，为声学信号处理带来了很多创新的思路和途径。 声超材料的突出特点在于采用尺寸远小于入射波长的人工结构构建出等效参数，利用等效参数实现“小尺寸结构调控大尺寸波长”的目的。 声学超材料的负折射率研究是突破透镜衍射极限，实现近场亚波长分辨率的最重要手段。 本文通过局域共振声子晶体的振动模型分析，在系统共振频率附近得到了负的质量参数，并以此为原胞构建了声透镜。利用 COMSOL Multiphysics® 软件模拟了近场点声源通过声子晶体平板的负折射率成像过程，很好地验证了该透镜负折射率的实现。观察到入射波和出射波的波形基本接近，弥散现象很弱，解释了声学超材料可以突破衍射极限，实现了亚波长分辨率的特性。
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