[发明专利]一种可同时调控振幅与位相的声学超表面

说明书

本发明提供了一种可同时调控振幅与位相的声学超表面，包括：多个结构单元；多个结构单元在同一平面并行排列，并且在排列时，多个结构单元相互连接成为一个整体；所述结构单元包括：实体部和空心部；实体部内部设置有一条折叠通道，空心部沿轴线方向中空；折叠通道由起始段、中间段和尾段三段组成；起始段为入口连接通道，中间段是由若干个矩形框组成的方波形通道，连接中间段和外界；入口连接通道和出口连接通道分别位于实体部的后端面和前端面的中心位置。本发明的有益效果是：本发明所提出的声学超表面可同时全范围的调控出射声波的振幅与相位，可用于声学全息和声学幻相，而且变化的参量少，变化规律明显，具有很高的工业应用价值。

技术领域

本发明涉及声学材料技术领域，尤其涉及一种可同时调控振幅与位相的声学超表面。

背景技术

目前，声波的位相振幅调控十分热门，它在声学全息技术与声学幻相中具有广泛的前景。近十年来，声学超表面在声波透射和反射调控方面已经取得了一些进展，已经实现了全范围反射和透射位相调控。然而在同时调控声波的振幅与位相方面，相关工作仍然较少，实现振幅与位相的全范围调控仍然比较困难。由于声学全息技术与声学幻相中需要同时考虑声波位相与振幅的调控，因此，不具备全范围振幅与位相同时调控功能的声学超表面难以满足声学全息与声学幻相的要求。

发明内容

为了解决在同时调控声波的振幅与位相方面，相关工作仍然较少，实现振幅与位相的全范围调控仍然比较困难的问题，本发明提供了一种可同时调控振幅与位相的声学超表面，包括多个结构单元，多个结构单元在同一平面并行排列，并且在排列时，多个结构单元相互连接成为一个整体；

所述结构单元包括：实体部和空心部；实体部的一端连接空心部的一端；实体部内部设置有一条折叠通道，空心部沿轴线方向中空；

所述折叠通道由起始段、中间段和尾段三段组成；起始段为入口连接通道，两端分别连接空心部和中间段的一端；中间段是由若干个相同的矩形框依次连接组成的方波形通道；尾段为出口连接通道，两端分别连接中间段的另一端和外界；入口连接通道和出口连接通道分别位于实体部的后端面和前端面的中心位置。

进一步地，任意相邻的两个所述矩形框中心对称。

进一步地，所述结构单元的总高度L为：L＝0.75λ₀；结构单元的长度p为：p＝5λ₀/34；其中，λ₀为声波在空气中的波长。

进一步地，所述入口连接通道、方波形通道和出口连接通道的通道宽度d均相同。

进一步地，所述中间段的矩形框长为W1＝0.5w+d，w的取值范围为(d,p)，d为通道宽度，p为结构单元长度。

进一步地，所述矩形框的高、入口连接通道的长、出口连接通道的长均为h为折叠通道的总高度，m为所述矩形框的总个数加1，d为通道宽度，结构单元的总高度L；所述空心部的高度为H＝L-h，且H＝iλ₀/2N,(i＝0,1,...N)，N为正整数。

进一步地，在所述折叠通道中填充空气作为声波传输的介质。

进一步地，p、d、L、h的设定公式如下：

上式中，T和为需要得到的透射率和位相；为有效阻抗；L_eff为声波在弯曲缝层中传播的有效路径；c₀为声波在空气中的传播速度,大小为340m/s，f为工作频率。

进一步地，通过调节空心部的高度H与所述中间段的矩形框的长来实现声波的全范围振幅和位相调控。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所提出的声学超表面可同时全范围的调控出射声波的振幅与相位，可用于声学全息和声学幻相，而且变化的参量少，变化规律明显，具有很高的工业应用价值。

附图说明