中美科学家联合设计声场旋转器 声音变方向传来

　　新华网华盛顿3月2日电(记者林小春)中国南京大学与美国伊利诺伊大学厄巴纳-尚佩恩分校的研究人员最近联合设计出一种名为声场旋转器的设备，声波经过其中时会被旋转一个特定的角度，听起来声波像是从其他方向传来的一样。

　　研究人员说，这是世界首个切实可行的声场旋转器，将来有望应用在提高医学超声成像精度及其他一些需要对声场实现特殊操控的领域。

　　这项成果发表在新一期美国《应用物理通讯》上。据研究负责人、南京大学程建春教授介绍，近年来，基于“声学超构材料”来实现各种奇特的声学现象，比如声学隐身、声学幻象，已经成为科学界的研究热点。声学旋转器作为一种特殊的声学幻象器件，却始终没有切实可行的设计方案。而在电磁波和水波中，旋转器已被成功设计制备，并被认为具有重要的作用与意义。

　　程建春对新华社记者说：“作为一种经典波，声波在我们的日常生活中具有广泛用途，因此声场旋转器的成功设计和实现不仅填补了相关研究领域的空白，富含学术意义，而且提供了利用‘声学超构材料’来实现更为丰富的声波操控技术手段，具有广阔应用前景。”

　　这一声场旋转器基于“变换声学理论”和“等效媒质理论”设计，由具有各向异性的“声学超构材料”构成。各向异性是指在不同方向上，材料的物理性质不同。而实际的旋转器件样品则是由一个等分为若干圆环的同心圆柱体构成，每个圆环又被分割成若干小单元，在每个单元中插入一个矩形薄片并旋转一定角度后，整个结构在波长远大于薄片尺寸的低频范围内均可以产生所需的各向异性参数。在工作频段内，从任意方向入射到表面上的声波均可被这些薄片结构所导引并逐渐偏折，最终在内部区域产生出一个偏转了特定角度的波阵面，从而实现预期的声场旋转效果。

　　程建春说，该声场旋转器能够在很宽的频率范围内实现对声波波阵面的特殊操控，并能通过改变结构参数灵活控制旋转角度。他们希望该设备将来应用在一些需要对声场实现特殊操控的场合，例如在医学超声成像中对声波进行更加精确的控制，改善对坏损组织的成像和治疗质量。

　　但研究人员也指出，目前他们只是初步证明了运用“声学超构材料”设计声学旋转器的可行性，并制备出一种简单的示意性样品，远未成熟到可实际应用的程度，需要进一步探索和优化，以达到应用水平。

　　此外，声学旋转器的实现对于设计更加复杂的声学结构具有一定的帮助和启发，有望通过与其他类型的“声学超构材料”结合产生更为丰富奇特的声波操控功能。这将是他们的下一步目标。