如何提高聲波穿過玻璃材料時的存在壽命
耶魯大學的科學家已經(jīng)展示了如何提高聲波穿過玻璃材料時的存在壽命,而玻璃恰是光纖技術(shù)的核心材料。這一發(fā)現(xiàn)將發(fā)表在《自然材料》雜志上,并進行詳細描述。
日常的經(jīng)驗告訴我們,玻璃(二氧化硅)是高度透明的。并且事實上,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傳播幾十公里而不會歷任何明顯的減弱。這種透明性,結(jié)合玻璃高的可塑性和低成本特性,這也是為什么玻璃會廣泛使用在光纖技術(shù)中,并塑造了整個信息時代。 然而,二氧化硅也有一個神秘的一面。在室溫下,二氧化硅是一種優(yōu)良的聲學材料。你可以用叉子敲擊酒杯,能過聽到它會持續(xù)響幾秒鐘就能證明這一點。然而,與大多數(shù)材料形成鮮明對比的是,當玻璃冷卻到低溫狀態(tài)時,這種共振會迅速靜音。 這些奇特的聲學特性是玻璃物理學長期存在的謎團的核心。在20世紀60年代,科學家們發(fā)現(xiàn)了玻璃的許多令人費解的特性:它的導熱性能比預期的效率要低得多,而且加熱的速度比預期的要慢得多。這些令人費解的發(fā)現(xiàn)最終被解釋為玻璃內(nèi)部與聲波相互作用時的局部吸收效應,這與原子與光相互作用的方式是相同。然而,直到今天,這些“聲學原子”的真正性質(zhì)還沒有完全理解。 此外,這些“聲原子”的吸收效應,還引起科學家另一方面的興趣。在低溫下,聲波的振幅會影響聲音的長度。粗略地說,這意味著你可以打開你的音響讓你的酒杯響更長的時間,這導致玻璃會以完全不同的頻率進行震動。此外,隨著立體聲音量的增加,振鈴持續(xù)時間也會增加。 耶魯大學的科學家們用這個概念來控制玻璃內(nèi)部的聲音持續(xù)長短。通過將激光照射到由玻璃制成的光纖波導中,它們能夠探測和產(chǎn)生光纖芯中的聲波。通過產(chǎn)生在一個頻率處的強烈聲波(即“打開立體聲”)并在另一個頻率處進行探測(“輕敲酒杯”),研究人員能夠延長聲波的壽命。 研究人員表示,由于玻璃是一系列前沿科技的主要組成部分,這項研究結(jié)果開啟了高精度傳感和信息處理新形式的可能性。 “我們的工作在在玻璃材料中進行是聲音動態(tài)工程設(shè)計的重要一步,”Peter Rakich說,他是耶魯大學應用物理學和物理學的教授并且是該項研究的主要研究員。 |