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Phase-coded approach for controllable generation of acoustical vortices

涡流 物理 相(物质) 振幅 拓扑量子数 拓扑(电路) 声学 光学 机械 量子力学 工程类 电气工程
作者
Ling Yang,Qingyu Ma,Juan Tu,Dong Zhang
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:113 (15) 被引量:55
标识
DOI:10.1063/1.4801894
摘要

Based on the acoustic radiation of point source, a phase-coded approach is proposed as a general technology to generate controllable acoustical vortices. For N sources, acoustical vortices can be generated with the phase difference of 2πm/N for the source topological charge m. It is proved that more circular pressure distributions of acoustical vortices with higher pressure peak amplitude can be generated for more sources. The number and spiral direction of phase twists are demonstrated to be determined by m and the maximum topological charge of acoustical vortices is |L|=Fix[(N−1)/2], where Fix(x) rounds the element x toward zero. To produce acoustical vortices with a maximum topological charge L, the minimum source number of Nmin=max(2|L|+1,4) should be employed with the phase difference of 2πL/Nmin and the phase difference resolution is also demonstrated to be π. The phase-coded approach has been verified by a 6-source experiment. The measured distributions of pressure and phase as well as the topological charge of acoustical vortices agree well with theoretical results, which suggest the feasibility of the phase-coded approach for controllable generation of acoustical vortices.
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