Remote Water‐to‐Air Eavesdropping with a Phase‐Engineered Impedance Matching Metasurface

窃听 材料科学 阻抗匹配 相(物质) 电阻抗 匹配(统计) 纳米技术 光电子学 光学 电气工程 计算机科学 工程类 物理 操作系统 化学 统计 数学 有机化学
作者
Jingjing Liu,Zhengwei Li,Bin Liang,Jian‐Chun Cheng,Andrea Alù
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (29) 被引量:28
标识
DOI:10.1002/adma.202301799
摘要

Efficiently receiving underwater sound remotely from air is a long-standing challenge in acoustics hindered by the large impedance mismatch at the water-air interface. Here, a phase-engineered water-air impedance matching metasurface is proposed and experimentally demonstrated for remote and efficient water-to-air eavesdropping. The judiciously designed metasurface with near-unity transmission efficiency, long monitoring distance, and high mechanical stiffness is capable of making the water-air interface acoustically transparent and, at the same time, freewheelingly patterning the transmitted wavefront. This enables efficient control over the effective spatial location of a distant airborne sensor such that it can measure underwater signals with large signal-to-noise ratios as if placed close to the physical underwater source. Such airborne eavesdropping of underwater sound is experimentally demonstrated with a measured sensitivity enhancement of nearly 104 at 8 kHz, far from achievable with the current state-of-the-art methods. Moreover, the opportunities of using the proposed metasurface for cross-media orbital-angular-momentum-multiplexed communication and underwater acoustic window are also demonstrated. This metasurface opens new avenues for communication and sensing in inhomogeneities with totally reflective interfaces, which may be translated to nano-optics and radio frequencies.
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