自解调亚波长声涡旋

       从声波和弹性波到物质的能量和动量的传递目前正被用于开发突破性的应用。例如，神经科学的最新进展使用亚毫米精度的脑深部核的热消融，聚焦超声束与组织的机械相互作用进行无创和局部神经调节，或者在大脑中靶向给药。有趣的是，除了线性动量外，带有螺旋位错的波场，即具有轨道角动量的声涡旋。这些声涡旋可以将它们的角动量传递给固体物体，并施加机械力矩。为了产生涡流波束，需要对声场进行精确控制。合成这些波束的方法器件之一是叉指换能器，其螺旋形状可以像全息图一样对场的相位进行编码，并通过产生旋转的瑞利波产生漩涡。最近，超材料被用于通过使用平坦和亚波长结构来产生涡旋波束，通过在选定频率调谐谐振器的几何结构，可以精确操纵传输相位。

       近日，西班牙瓦伦西亚理工大学分子影像仪器研究所的Noé Jiménez教授和法国勒芒大学声学研究的Vicent Romero-García教授利用非线性自解调技术显示了在超过瑞利衍射长度的距离处形成了亚波长和次散射声涡旋。在非线性波混频过程中，由于角动量守恒，两个初级涡旋光束的时空干涉产生了亚波长涡旋。衍射极限以下涡流的合成在很多领域非常重要，例如使用涡流收发器的水声通信。在参量声天线中，主波束形成的端射虚阵会产生亚波长涡流。因此，使用自解调涡旋光束的涡旋编码信息在复杂介质中传输时，由于较低的吸收和散射，可以在较远的距离传输。这些结果表明，利用自解调技术可以产生任意拓扑电荷的旋涡，旋涡的宽度可调且为亚波长。这项工作为实际应用铺平了道路，例如基于涡流收发器的远程水下通信系统或用于生物医学超声应用的粒子和微泡的捕获和操纵。相关研究成果发表在《Physical Review Applied》上。（钟雨豪）

文章链接：

https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.15.054027