Результаты исследования опубликованы в трудах конференции на IEEE Xplore.
Сегодня большое распространение получили акустические линзы, состоящие из различных модификаторов поля — пластин, стержней или дисков. Управляя такими элементами, можно влиять на фокусирующие характеристики линзы. Раньше для этой цели применялись зеркала, диэлектрические линзы из натуральных или искусственных материалов. Но их использование в акустике имеет ряд недостатков. В частности, ими трудно осуществлять субволновую фокусировку звука.
Ученые Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ТПУ предложили новую структуру линзы-частицы с наклонными пластинами. Эта идея основана на предыдущих исследованиях политехников, посвященных акустическим струям и крючкам.
Частица-линза нового типа состоит из латунных пластин, уложенных параллельно друг другу. Ее главная особенность — в V-образной структуре пластин: она дает нужную симметрию области фокусировки или акустической струи. Внешнюю форму частиц (в данном случае куб с размером грани 3 длины волны) ученые заимствовали из мезотроники (оптики).«Фотонная струя — это луч света, локализованный в очень маленькой локальной области. На ее эффекте построена работа современных микро- и наноскопов. Используя методы мезотроники, ранее мы показали, что эффект фотонной струи из оптики может быть перенесен в область акустики. То есть для акустических волн частица-линза с размерами порядка одной или нескольких звуковых или ультразвуковых длин волн (на частоте 10 кГц длины волны около 34 мм в воздухе) может обеспечить субволновую (менее дифракционного предела) локализацию падающего звука»,
«Поскольку V-структура не обладает симметрией относительно направления падения излучения, фокусирующие свойства такой частицы-линзы будут разными при падении излучения слева и справа. Это так называемая Янус частица-линза. В зависимости от ориентации такой частицы фокус, он же акустическая струя, будет или длиннее, или короче, что определяется уже практическими потребностями», — рассказывает Олег Минин.
В ходе исследования ученые смоделировали линзу и изучали ее характеристики при помощи экспериментальной установки у коллег из Финляндии для генерации ультразвука и последующей шлирен-визуализации. Шлирен-визуализация — это один из классических методов построения изображения, широко применяемый в акустике. Он является эффективным способом обнаружения оптических неоднородностей в прозрачных преломляющих средах и выявления дефектов отражающих поверхностей.
Ученые доказали, что Янус частица-линза нового типа способна проводить субволновую фокусировку звука. В дальнейшем научная группа планирует провести детальное исследование особенностей фокусировки такими линзами и оптимизацию ее параметров.