研究人员发明了一种技术，使声波只能向前传播，消除了向后传播而不会损失。该系统基于自振荡机制，可以显著提高各种技术中的电磁波管理水平。

声波和其他波通常是均匀地向前和向后传播。

研究人员现在已经开发出一种方法，可以防止声波向后传播而不影响其向前传播。

在未来，这种方法也可以应用于电磁波，例如雷达技术。

日常通信中的波传播

无论是水、光还是声音，波通常以同样的方式向前和向后传播。因此，当我们和站在远处的人说话时，那个人能听到我们的声音，我们也能听到他们的声音。这在交谈时很有用，但在一些技术应用中，人们更希望波只能在一个方向上传播 —— 例如，为了避免不必要的光或微波反射。

声波控制的突破

对于声波，十年前研究人员成功地抑制了声波的反向传播；然而，这也削弱了向前传播的波。苏黎世联邦理工学院燃烧、声学和流动物理学教授尼古拉斯·诺瓦雷（Nicolas Noiray）领导的一组研究人员与EPFL的罗曼·弗勒里（Romain Fleury）合作，现在已经开发出一种方法，可以防止声波向后传播而不影响其向前传播。

最近发表在科学杂志《自然通讯》上的这种方法，未来也可以应用于电磁波。

创新使用自振荡

声波的这种单行道的基础是自振荡，其中动力系统周期性地重复其行为。“实际上，我职业生涯的大部分时间都在防止这种现象，”诺瓦雷说。

除此之外，他还研究了飞机发动机燃烧室中声波和火焰之间的相互作用如何产生自我维持的热声振荡，这可能导致危险的振动。在最坏的情况下，这些振动会破坏发动机。

无害和有用的自振荡

诺瓦雷的想法是使用无害的自我维持的气动声学振荡，以允许声波只在一个方向上传播，并且没有任何损失，通过所谓的循环器。在他的方案中，不可避免的声波衰减由与入射波同步的循环器中的自振荡来补偿，这使得它们能够从这些振荡中获得能量。循环器本身应该由一个圆盘状的腔体组成，旋转的空气从它的一侧吹过中心的开口。

对于特定的吹风速度和涡流强度的组合，因此在腔中产生了呼啸声。诺瓦雷小组的前博士生、该研究的主要作者Tiemo Pedergnana解释说：“与普通哨子不同，普通哨子的声音是由腔内的驻波产生的，而这种新型哨子的声音是由旋转波产生的。”

从想法到实验花了一段时间:首先，诺瓦雷和他的同事研究了旋转波哨子的流体力学，然后在它上面添加了三个声波波导，它们沿着循环器的边缘呈三角形排列。通过第一波导输入的声波可以通过第二波导离开环行器。然而，通过第二个波导进入的波不能“向后”通过第一个波导退出，但可以通过第三个波导退出。

实际应用和未来影响

几年来，ETH的研究人员开发了循环器的各个部分，并对其进行了理论建模;现在，他们终于可以通过实验证明他们的损失补偿方法是有效的。他们通过第一个波导发送频率约为800赫兹（大约是女高音的高g）的声波，并测量它在第二个和第三个波导中的传输情况。正如预期的那样，声波没有到达第三个波导。然而，从第二个波导（在“向前”方向）中，出现了一个比最初发送的声波更强的声波。

“在我们看来，这种损失补偿非互惠波传播的概念是一个重要的结果，也可以转移到其他系统，”诺瓦雷说。他认为他的声波循环器主要是一个强大的玩具模型，用于使用同步自振荡来操纵波的一般方法，例如，可以应用于电磁波的超材料。通过这种方式，雷达系统中的微波可以得到更好的引导，并实现所谓的拓扑电路，利用这些电路可以在未来的通信系统中路由信号。

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