Nonreciprocal Acoustic Metamaterials based on Time-Varying Media - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2022

Nonreciprocal Acoustic Metamaterials based on Time-Varying Media

Métamatériaux acoustiques nonréciproques à milieux variables dans le temps

Sheng Wan

Abstract

Nonreciprocal acoustic metamaterials are time-reversal-asymmetric devices in which the response field is different when the source and receiver are interchanged. Nonreciprocal acoustic metamaterials have significantly broadened the horizon of the whole acoustics field. As a novel category of nonreciprocal acoustic metamaterials, time-varying media are gaining research interest in recent years. In this doctoral project, we innovatively proposed several nonreciprocal devices based on time-varying media. First, a theoretical demonstration of acoustic nonreciprocity via cascaded time-modulated Fabry-Perot (FP) resonator system is introduced. Second, an experimental demonstrated of elastic flexural wave nonreciprocity via cascaded time-modulated spring-mass resonator (SMR) system is introduced, based on electromagnetic coupling. Last, we provide a new approach using air flow to bring in nonreciprocal multifunctional meta-lens. We split a sound waveguide into multiple channels, and directionally manipulate the phases of each channel to achieve unidirectional focusing and sound beam. This thesis provides new paradigms of nonreciprocal acoustic metamaterials, which would contribute to new possibilities of wave manipulation.
Les métamatériaux acoustiques nonréciproques sont des dispositifs asymétriques à inversion temporelle dans lesquels le champ de réponse est différent lorsque la source et le récepteur sont interchangés. Les métamatériaux acoustiques nonréciproques ont considérablement élargi l'horizon de l'ensemble du domaine acoustique. En tant que nouvelle catégorie de métamatériaux acoustiques nonréciproques, les milieux variant dans le temps suscitent l'intérêt de la recherche ces dernières années. Dans ce projet doctoral, nous avons proposé de manière innovante plusieurs dispositifs nonréciproques basés sur des milieux variant dans le temps. Tout d'abord, une démonstration théorique de la nonréciprocité acoustique via un système de résonateur Fabry-Perot (FP) modulé dans le temps en cascade est introduite. Deuxièmement, une démonstration expérimentale de la non-réciprocité des ondes de flexion élastiques via un système de résonateur masse-ressort modulé dans le temps (SMR) en cascade est introduite, basée sur le couplage électromagnétique. Enfin, nous proposons une nouvelle approche utilisant le flux d'air pour apporter une méta-lentille multifonctionnelle nonréciproque. Nous divisons un guide d'ondes sonores en plusieurs canaux et manipulons directionnellement les phases de chaque canal pour obtenir une focalisation unidirectionnelle et un faisceau sonore. Cette thèse fournit de nouveaux paradigmes de métamatériaux acoustiques nonréciproques, qui contribueraient à de nouvelles possibilités de manipulation des ondes.
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Dates and versions

tel-04127655 , version 1 (14-06-2023)

Identifiers

  • HAL Id : tel-04127655 , version 1

Cite

Sheng Wan. Nonreciprocal Acoustic Metamaterials based on Time-Varying Media. Physics [physics]. Université de Lorraine, 2022. English. ⟨NNT : 2022LORR0230⟩. ⟨tel-04127655⟩
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