声学超材料中的非色散单向信号放大

参数放大——通过系统参数的周期调制向波中注入能量——通常限于调制频率的特定整数倍。然而，在允许局部参数在时空上均被调制的主动超材料中，可实现宽带参数放大。受光学中光前超材料概念的启发，我们描述了一种利用以行波形式对局部刚度进行时空周期调制、在整个频带内对声波进行单向放大的机制。当调制波速度接近超材料中声速——称为声极限的 regime——时，前向传播声学带中几乎所有模式都被放大，而反向传播带中不发生放大。为消除连续介质中声极限固有的发散，我们使用精确的 Floquet-Bloch 方法计算离散周期系统的动态激发带。我们发现了在最低频带中放大近乎均匀的广泛参数范围，从而实现波包的放大同时保留其速度、形状和频谱内容。我们的机制为设计能够跨宽频带无损耗或无失真传播波脉冲的声学超材料提供了一条途径。