[发明专利]一种二维波动体系内非周期声信号的空间复用方法

说明书

本发明公开一种二维波动体系内非周期声信号的空间复用方法，搭建基于超表面的类声表面波传输装置；基于类声表面波传输装置的结构，得到对应的色散关系，确定等效传播波矢；基于等效传播波矢，确定传播路径：基于等效传播波矢，确定声道的空间间距以及发射面和接受面的位置；搭建声发射面，确定声发射面的振幅和相位分布；通过接收面测量空间复用的非周期声信号。本发明通过单独调制源的强度以实现信号的空间复用，具有更大的灵活性；且信号能够沿着弯曲路径进行传播，克服了以往工作中只能沿直线路径传输信号的局限性；结合人工超结构亚波长尺度的特性，对于声表面器件和光芯片上的相关通信工作均可使用本发明进行设计并实现信号的稳定空间复用。

技术领域

本发明涉及声通信领域，特别是涉及一种二维波动体系内非周期声信号的空间复用方法。

背景技术

声通信在信号传输领域具有重要意义，例如水下探测中声波作为传递能量的主要媒介在信号的转换、传输和接收过程中都起到不可忽视的作用。其中波分复用、时分复用和基于轨道角动量的OAM复用技术是实现声信号空间复用的主要传输技术。然而，目前的复用技术都存在一些问题，限制其发展。首先复用技术的工作机制都涉及到信息的编码和解码，即信号需要在发射和接收平面上进行处理和转换，使得整个过程非常复杂。除此之外，考虑衍射极限的存在，信号密度无法充分压缩。同时信号传输过程中伴随着较大的能量衰减，传输距离也受到限制。这些问题都影响着通信的效率，是声通信领域亟待解决的问题。

声表面波(SAW)作为一种特殊的声波传播模式近年来得到人们的广泛关注，它支持在固体-固体、固体-液体或液体-液体界面上进行传播，传播方向与表面平行，振幅在垂直界面方向上呈指数衰减。根据这种弹性波的特点，即表面波的传播速度远小于光波这一特性，常被用作延迟线，以减慢电信号的传输速度，方便信号的处理。同时与声波在空气或水中的传播情况相比，声表面波在声表面波器件上传播时，等效波矢更大，基于衍射极限相关理论，这使得传输具有更高信息密度特征的声信号成为可能。而由于声表面波器件与接触介质之间的强耦合，声波可以在界面处局部化，损耗很小，这又为信号的远距离传输提供了一种可能。因此人们结合声表面波实现了一些片上的声信号传输工作。随着超材料的提出，一种新型的伪声表面波(SSAWs)概念被提出，许多新颖的声学现象也随之被呈现。与传统的声表面波器件不同，SSAW器件最显著的特点是后者的色散特性取决于结构的几何参数而不是材料参数，这保证了通过设计传输介质的结构特征，我们将能够控制声波的传播方向，进而设计传播路径，甚至实现波的无衍射传播。人工结构亚波长的特性也为SSAW器件的小型化提供了可能，有望在芯片领域实现更多复杂信号传输的应用。

发明内容

发明目的：本发明提供一种二维波动体系内非周期声信号的空间复用方法，能实现信号的空间复用，同时实现了弯曲的传输路径、超高空间信息密度和对介质不均匀性的鲁棒性三点要求。

技术方案：本发明所述的一种二维波动体系内非周期声信号的空间复用方法，具体包括以下步骤：

(1)搭建基于超表面的类声表面波传输装置；所述表面波传输装置由周期开孔的亥姆霍兹谐振腔组成；

(2)基于类声表面波传输装置的结构，得到对应的色散关系，确定等效传播波矢；

(3)基于等效传播波矢，确定传播路径：

(4)基于等效传播波矢，确定声道的空间间距以及发射面和接收面的位置；

(5)搭建声发射面，确定声发射面的振幅和相位分布；

(6)通过接收面测量空间复用的非周期声信号。

进一步地，所述亥姆霍兹谐振腔的尺寸为：谐振腔单元结构边长为2cm，高度为0.55cm；内腔底面为正方形，边长为1.8cm，深度为0.35cm；壁厚统一为0.1cm。

进一步地，步骤(2)所述色散关系为：