[发明专利]一种声表面波器件及其设计方法

说明书

本发明提供一种声表面波器件，包括基片、第一换能器、第二换能器及声波聚焦装置，声波聚焦装置设置在基片上用于聚焦通过基片传输的第一换能器输出的声信号并将声信号进行调控通过基片输出至第二换能器；本发明提出一种声表面波器件的设计方法，该声学微结构为基础的声表面波器件不仅能对特定的频率的声波聚集吸收，同时形成的声场特性要明显优于普通声表面波器件，实现了传统声表面波器件难以实现的局域聚焦现象；同时，与声学结构有机结合的声表面波器件能对形成的声场进行有效调控，可以突破传统声表面波器件单一声场的局限性，对微流控等相关领域的应用都极具实际意义。

技术领域

本发明基于双层柱状微结构的声表面波器件设计方法，涉及人工声学微 结构设计领域。

背景技术

人工声学微结构(包括声学超材料)是近几年来物理学前沿研究热点之 一。声学微结构中新奇的传播规律，为研究声波信号任意频率调控开辟了新 的思路，这也为声表面波器件在多功能、多尺度的微流控应用中展现出美好 的前景。如声表面波器件内部声场的可调控特性用于粒子分流、细胞分选等 领域。局域共振型声学柱状微结构由于其本征振动特性及共振机制，实现声 波单焦点聚焦及多极点局域效果。因此，如何根据局域共振型声学柱状微结 构散射体的共振特性以及弹性波与基体相互作用的特性去设计声学柱状微结构实现局域聚焦现象是关键。

人工声学微结构(包括声学超材料)为声表面波器件多尺度和多功能的 应用方式提供了新思路，人工声学微结构(包括声学超材料)突破了自然材 料的局限，可对声波提供操控，该研究领域每年都有数篇优秀论文发表。声 学微结构中新奇的传播规律--基于柱状结构的声场局域聚焦，为表面波器件 内部声场的调控开辟新思路。借鉴柱状结构在声波局域聚焦中的技术优势， 可以突破改善传统表面波器件的单一声场，对微流控等相关领域的应用都极 具实际意义。

近几年人工声学超微结构(超材料)研究成果虽然多，但是具体针对某 一领域的应用研究是缺乏的。声子晶体是最典型的人工声学超材料，当前声 子晶体研究的主要结构，主要体现在一维、二维声子晶体的模型在无限长的 条件下实施，三维声子晶体的模型在低频超声阶段效果较佳，在高频超声阶 段效果较弱，同时三维晶体制备有诸多不便，把这些成果引入到声表面波研 究领域，存在较多技术难题，需要针对声波调控的特殊要求创新性地开展区 别于当前声子晶体的声学超材料研究。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术的基础中存在的技术问题，提出一 种将双层柱状声学结构与声表面波器件有机结合的设计方法。运用简单和直 观的计算得到局域聚焦特性的新型声表面波器件，可以突破传统声表面波器 件单一声场的局限性，对微流控等相关领域的应用都极具实际意义。

本发明提出一种声表面波器件，包括：

基片，用于传输声信号；

第一换能器，设置在所述基片上，用于接收输入的电信号并将所述电信 号转换为声信号同时输出所述声信号至基片；

第二换能器，设置于所述基片上，用于接收来自于所述基片上的声信号 并将所述声信号转化为电信号同时输出所述电信号；

声波聚焦装置，设置在所述基片上用于聚焦通过所述基片传输的第一换 能器输出的声信号并将所述声信号进行调控通过所述基片输出至第二换能 器。

进一步地，所述声波聚焦装置为双层空心柱状结构，其包括第一环体和 第二环体，所述第一环体设置在所述基片上，所述第二环体设置在所述第一 环体的外侧。

进一步地，所述第一环体为铜材质，所述第二环体为橡胶材质。

进一步地，所述声波聚焦装置设置在所述第一换能器和第二换能器之间。

进一步地，所述声波聚焦装置内部中心孔的半径为376.5um，所述第一 环体的半径为434.4um，所述第二环体的半径为463.4um。