从复合混频信号中区分提取目标频率分量,即频率分离,在传感器、多路复用器、滤波器等众多应用中十分重要。得益于天然材料固有的强色散性,三棱镜可以方便地实现光谱分离。然而,天然材料的声学色散效应弱,利用无源方法(即非电路式)实现混频声信号的有效分离仍是一个巨大的挑战,而这在声通信和信号处理等应用中扮演重要角色。
近期,课题组基于超声人工结构成功地设计制备一种用于实现混频声分离和提取的无源超声色散反射器,利用人工结构特定的频率色散响应,将混频入射超声束中的不同频率信号定向反射至不同方向,从而对反射声波进行空间谱调制。该反射器的频率分离准确率高达95%、声谱最小可分辨频率在5%以内,可分离的有效频率范围宽于0.85个倍频程;同时,得益于周期性人工结构的稳定性,该人工超声色散“三棱镜”还具有极强的鲁棒性和兼容性,当结构单元存在缺陷时也能保持优异的频率分离性能。与基于彩虹陷波技术的声谱分离器件相比,课题团队设计的超声色散“三棱镜”允许分离后的声波在自由空间中传播,有利于信号的后处理,将在声学通信、信号处理、生物医学传感和成像等功能集成化设备中具有广阔的应用前景。
相关研究成果以“Frequency distillation with dispersive reflector for multitone ultrasound perception”为题 ,于2021年10月7日发表于Applied Physics Letters。我院2021级博士生何佳杰为第一作者,江雪青年副研究员和他得安教授为通讯作者。该工作得到国家自然科学基金项目、中国科学青年人才托举项目、上海市科委项目等支持与资助。(Jiajie He, Xue Jiang*, Hualiang Zhao, Dean Ta*, and Weiqi Wang, Applied Physics Letters, 119, 144102, 2021)。