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耶鲁大学科学家实现声波在玻璃中的长时间传播
王强 2017-01-11
导语

耶鲁大学的科学家已经展示了如何提高声波穿过玻璃材料时的存在寿命,而玻璃恰是光纤技术的核心材料。这一发现将发表在《自然材料》杂志上,并进行详细描述。

耶鲁大学的科学家已经展示了如何提高声波穿过玻璃材料时的存在寿命,而玻璃恰是光纤技术的核心材料。这一发现将发表在《自然材料》杂志上,并进行详细描述。

日常的经验告诉我们,玻璃(二氧化硅)是高度透明的。并且事实上,二氧化硅是地球上最透明的材料之一。光可以在二氧化硅中传播几十公里而不会历任何明显的减弱。这种透明性,结合玻璃高的可塑性和低成本特性,这也是为什么玻璃会广泛使用在光纤技术中,并塑造了整个信息时代。

然而,二氧化硅也有一个神秘的一面。在室温下,二氧化硅是一种优良的声学材料。你可以用叉子敲击酒杯,能过听到它会持续响几秒钟就能证明这一点。然而,与大多数材料形成鲜明对比的是,当玻璃冷却到低温状态时,这种共振会迅速静音。

这些奇特的声学特性是玻璃物理学长期存在的谜团的核心。在20世纪60年代,科学家们发现了玻璃的许多令人费解的特性:它的导热性能比预期的效率要低得多,而且加热的速度比预期的要慢得多。这些令人费解的发现最终被解释为玻璃内部与声波相互作用时的局部吸收效应,这与原子与光相互作用的方式是相同。然而,直到今天,这些“声学原子”的真正性质还没有完全理解。

此外,这些“声原子”的吸收效应,还引起科学家另一方面的兴趣。在低温下,声波的振幅会影响声音的长度。粗略地说,这意味着你可以打开你的音响让你的酒杯响更长的时间,这导致玻璃会以完全不同的频率进行震动。此外,随着立体声音量的增加,振铃持续时间也会增加。

耶鲁大学的科学家们用这个概念来控制玻璃内部的声音持续长短。通过将激光照射到由玻璃制成的光纤波导中,它们能够探测和产生光纤芯中的声波。通过产生在一个频率处的强烈声波(即“打开立体声”)并在另一个频率处进行探测(“轻敲酒杯”),研究人员能够延长声波的寿命。

研究人员表示,由于玻璃是一系列前沿科技的主要组成部分,这项研究结果开启了高精度传感和信息处理新形式的可能性。

“我们的工作在在玻璃材料中进行是声音动态工程设计的重要一步,”Peter Rakich说,他是耶鲁大学应用物理学和物理学的教授并且是该项研究的主要研究员。

文章链接:

R. O. Behunin, et al., “Engineering dissipation with phononic spectral hole burning,” Nature Materials (2016) doi:10.1038/nmat4819

新闻链接:

Researchers Find a Way to Tap into Long-Lived Sound Waves in Glass

(本文来源:一站阅读;)

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作者 王强

硕士研究生

西北工业大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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