Diffraction of the Laser induced Ultrasound in Acoustic Metamaterials: A theoretical and experimental study with computational simulations

Abstract

En este trabajo se estudia el fenómeno de la difracción del ultrasonido inducido por láser (USIL) que ocurre al propagarse a través de un metamaterial acústico. Experimentalmente, se hizo incidir USIL sobre un metamaterial conformado por estructuras piramidales periódicas, que globalmente actúan como atenuadores de ultrasonido. Por no tratarse de un absorbedor perfecto, parte de las frecuencias originadas por el USIL son capaces de colarse entre las uniones de las pirámides, originando en términos netos un patrón de difracción acústico. Para caracterizar este patrón de difracción, las señales que atravesaron al metamaterial fueron registradas lateralmente por un transductor ultrasónico a diferentes posiciones (B-Scan), permitiendo la visualización del campo acústico difractado. Para explicar este resultado desde el punto de vista teórico, se partió de un modelo para la descripción de un emisor térmico individual de USIL, que cumple con la condición de radiación de Sommerfeld. Empleando esta solución asintótica, se desarrolló una simulación computacional a partir del principio de Fresnel-Huygens; es decir, mediante la superposición de distribuciones gaussianas de emisores individuales, a través de las cuales es posible reconstruir parte del comportamiento cualitativo de las regiones donde el metamaterial permite el paso de frecuencias no absorbidas. La superposición de estas regiones permite reproducir algunos aspectos cualitativos del patrón de difracción obtenido experimentalmente. Sin embargo, más trabajo teórico y computacional es requerido para reproducir tanto cualitativa como cuantitativamente los patrones de difracción observados experimentalmente.