渦旋聲束具有螺旋的相位波前,中軸線上形成聲強(qiáng)為零的相位奇點(diǎn),其所攜帶的軌道角動(dòng)量在粒子操控領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)聲渦旋只在傳播軸線上形成一個(gè)拓?fù)浜煽煽氐臏u旋波束,這限制了聲渦旋的應(yīng)用靈活性�；诃h(huán)形點(diǎn)聲源陣列和相位編碼技術(shù),利用奇偶聲源分別產(chǎn)生共軸雙渦旋聲束的聲場(chǎng)疊加,在傳播截面上形成了具有中心渦旋和子渦旋的離軸多渦旋聲場(chǎng);研究了雙渦旋拓?fù)鋮?shù)對(duì)離軸渦旋的個(gè)數(shù)、位置及拓?fù)浜傻挠绊?基于聲渦旋的徑向聲壓和相位分布,確定了離軸渦旋的離軸半徑,并結(jié)合聲源位置推導(dǎo)子渦旋中心方位角的計(jì)算公式,實(shí)現(xiàn)離軸渦旋的精確定位。本研究突破了沿軸分布的渦旋聲場(chǎng)只能形成單點(diǎn)渦旋勢(shì)阱的操控局限,為利用離軸多渦旋實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)粒子捕獲提供了理論依據(jù),促進(jìn)渦旋聲場(chǎng)在精確粒子操控和傳輸方面的高效應(yīng)用。 

【文章來(lái)源】：聲學(xué)學(xué)報(bào). 2020,45(01)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

圖２離軸多渦旋聲場(chǎng)的聲壓和相位分布??（在２?＝?２０?ｃｍ截面內(nèi)（ａ，ｂ）丨ｓ＝２和（ｃ，ｄ＿）〖〇?＝?－４渦旋聲束以及二者疊加（ｅ，ｆ））??通過(guò)改變兩個(gè)渦旋聲束的拓?fù)浜桑M了聲場(chǎng)??4

１期??丁鶴平等：共軸雙渦旋聲束形成離軸多渦旋的定位??６５??－５０?－４０?－３０?－２０?－１０?０?１０?２０?３０?４０?５０??（ｃｍ）??．Ｙ（ｃｍ）??－５０?－４０?－３０?－２０?－１０?０?１０?２０?３０?４０?５０??ｘ?（ｃｍ）??ｘ（ｃｍ）??－５０?－４０?－３０?－２０?－１０?０?１０?２０?３０?４０?５０??Ｏ??ｘ?（ｃｍ）??ｘ?（ｃｍ）??圖２離軸多渦旋聲場(chǎng)的聲壓和相位分布??（在２?＝?２０?ｃｍ截面內(nèi)（ａ，ｂ）丨ｓ＝２和（ｃ，ｄ＿）〖〇?＝?－４渦旋聲束以及二者疊加（ｅ，ｆ））??通過(guò)改變兩個(gè)渦旋聲束的拓?fù)浜�，模擬了聲場(chǎng)??分布，獲得了離軸多渦旋聲場(chǎng)的渦旋個(gè)數(shù)、拓?fù)湫??質(zhì)及其空間分布的規(guī)律。圖４（ａ）和圖４（ｂ）顯示了??ｋ?＝?－１和ｂ?＝?－３時(shí)所形成的離軸多渦旋聲場(chǎng)的截??面聲壓和相位分布，可見聲場(chǎng)中心形成一個(gè)Ｌ?＝??的中心禍旋，在ｒ?＝?１８．０?ｃｍ的圓環(huán)上對(duì)稱分布２個(gè)??Ｕ?＝?的子渦旋。當(dāng)子渦旋個(gè)數(shù)較少時(shí)，中心渦旋半??徑較小，所形成的子渦旋離聲場(chǎng)中心的距離較校在??ＺＥ?＝?２和ｂ?＝?－４時(shí)所形成離軸多渦旋聲場(chǎng)的截面聲??壓和相位分布如圖２（ｅ）和圖２（ｆ）所示，可見隨著ｋ??的增大，中心渦旋的半徑相應(yīng)增大，而中心渦旋拓?fù)??荷保持為Ｌ?＝?２；圍繞中心渦旋，在半徑為２７．０?ｃｍ的??圓周上均勻分布了?６個(gè)？ｓ二－１的子渦旋。??可見，通過(guò)兩個(gè)具有不同拓?fù)浜晒草S渦旋聲束??的疊加，可以在傳播截面內(nèi)行形成１個(gè)沿軸分布的??中心渦旋，其拓?fù)浜珊蛢蓚�(gè)渦旋聲束拓?fù)浜山^對(duì)值??

??－４０??－５０??－５０?－４０?－３０?－２０?－１０?０?１０?２０?３０?４０?５０??－ｙ?（ｃｍ）??ｐ?＾?＾??報(bào)??較小者一致；卩個(gè)子渦旋均勻分布在靠近中心??禍旋的圓軸上，子渦旋的拓?fù)浜山^對(duì)值為１，其方向??和兩個(gè)渦旋波束中拓?fù)浜山^對(duì)值較大者相同；相對(duì)??于中心軸，圓周上均勻分布相鄰子渦旋中心的空間??角為２７ｔ／｜Ｇ－?Ｚ０｜，其具體位置由聲源位置和初始相??位差決定。如＝?３和〖〇?＝－５兩個(gè)渦旋聲束疊加??后，離軸多渦旋聲場(chǎng)的聲壓和相位分布如圖４（Ｃ）和??圖４（ｄ）所示，在中心形成一個(gè)半徑較大Ｚｃ?＝?３的中??心潤(rùn)旋，在周圍ｒ?＝?４０?ｃｍ的圓周上均勾分布８?jìng)�(gè)??“?＝－１的子渦旋。當(dāng)子渦旋中心到中心軸的距離大??于聲源半徑時(shí)，子渦旋形成一個(gè)向外發(fā)散的聲場(chǎng)分??布，而不能形成一個(gè)封閉的聲壓分布區(qū)域。綜上所??述，通過(guò)具有不同拓?fù)浜傻墓草S雙渦旋聲束可以形??成的離軸多渦旋，包含１個(gè)中心渦旋和多個(gè)離軸子??渦旋，通過(guò)兩個(gè)渦旋波束拓?fù)浜韶蠛拓柧涂梢詼?zhǔn)??確確定中心渦旋和子渦旋的個(gè)數(shù)及其拓?fù)浜伞??Ｉ?５０??－５０?－４０?－３０?－２０?－１０?０?１０?２０?３０?４０?５０??８０??ｓ?５０?Ｉ??４０??３０?ｊ??；：??－５０?－４０?－３０?－２０?－１０?０?１０?２０?３０?４０?５０??ｘ?（ｃｍ）?ｘ?（ｃｍ）??圖３由化＝１和丨０?＝—３雙渦旋聲束所形成離軸多渦旋聲場(chǎng)的軸向聲壓（ａ）和相位（ｂ）分布??５０??４０??３０??２０??＿?１〇??！?〇??－１０??－２０??－３０??－４０??－５０??聲壓?

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3131607