[发明专利]赝表面声波聚焦器

说明书

本发明提供了一种赝表面声波聚焦器，其包括具有延伸长度的本体，且所述本体由沿其长度方向为等截面或不等截面的第一本体，以及一体固连于所述第一本体一端的第二本体，且所述第二本体沿与所述第一本体相接的一端至该所述第二本体的另一端为径向逐渐收缩的；还包括内凹形成于所述第一本体及所述第二本体的外周面上，并由所述本体的一端贯通至另一端的声波传输通道。本发明所述的赝表面声波聚焦器能够实现对赝表面声波的有效聚焦，并可脱离对聚焦器制作材料的依赖，而有着很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及超材料结构制备技术领域，特别涉及一种用于声波聚焦处理的赝表面声波聚焦器。

背景技术

声波作为一种普遍存在的机械波，可用于诸如声波治疗、声波焊接、声波粉碎、乳化，以及声波催化、雾化等多个不同的领域。

在声波应用时，往往需要先对声波进行聚焦处理，以提高其能量密度，发挥其作用。现有的常规声波聚焦结构一般都是基于惠更斯原理，通过类似于光学透镜的方式实现声波聚焦。以水中超声波的聚焦为例，目前的声波透镜一般采用如铝等低密度金属制作，并成型为凹透镜形状。由于声波在金属中的传播速度大于在水中的速度，入射的声波经声波透镜之后，会由于折射而汇聚以实现聚焦。

由于上述声波透镜的折射本身是基于惠更斯原理，故通过模仿这种凹透镜在各点的相位关系，也可以制作出超材料声波透镜，以用于例如赝表面声波的聚焦处理。另外，除了应用惠更斯原理的透镜结构，目前也有通过结构振动实现声波聚焦的装置，例如在中国专利申请CN201510010200.X中即公开了一种基于位移本征模式的声波聚焦器件。

基于如上的描述可知，采用声波透镜或结构振动模式都能够实现声波的聚焦处理，不过在实际应用中两者也均存在有不足。对于声波透镜结构，因通过惠更斯原理聚焦的装置不能够实现小于衍射极限(1.22λ/NA，λ为波长，NA为数值孔径)的聚焦，因而焦斑一般都明显大于声波的波长。但是在声学聚焦应用中，一般都是希望焦斑尽可能小，以使得声音只作用于我们希望作用的目标区域。

对于通过结构振动模式实现声波聚焦装置，尽管其得到的焦斑较小，不过这种装置的工作频率非常依赖于制作其装置的材料，对于不同的应用需求，比如不同的工作流体，就需要完全重新设计装置，从而会极大增加应用成本。而另一方面，在实际使用时，利用结构振动模式的声波聚焦装置中，其制作材料的物质性质对理想值的偏差也容易造成工作频率上的较大的误差。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种赝表面声波聚焦器，以能够实现对赝表面声波的有效聚焦，并可脱离对聚焦器制作材料的依赖。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种赝表面声波聚焦器，其包括：

具有延伸长度的本体，所述本体包括沿所述延伸长度方向为等截面或不等截面的第一本体，以及一体固连于所述第一本体一端的第二本体，且所述第二本体由与所述第一本体相接的一端至该所述第二本体的另一端为径向逐渐收缩的；

声波传输通道，内凹形成于所述第一本体及所述第二本体的外周面上，并以周期性结构由所述本体的一端延伸至另一端。

进一步的，所述声波传输通道为形成于所述本体外周面上的螺旋槽。

进一步的，所述螺旋槽为等螺距设置。

进一步的，所述赝表面声波聚焦器应用于气体环境时，所述螺旋槽的螺距为0.1-100mm，所述螺旋槽的槽口的宽度为0.1-100mm，所述螺旋槽的槽深为0.1-100mm；

所述赝表面声波聚焦器应用于液体环境时，所述螺旋槽的螺距为0.01-10mm，所述螺旋槽的槽口的宽度为0.01-10mm，所述螺旋槽的槽深为0.01-10mm。

进一步的，所述螺旋槽的截面形状为四边形、半圆形、椭圆形或三角形。