[实用新型]一种旋转可调的多功能二维声学超材料透镜

说明书

本实用新型公开了一种旋转可调的多功能二维声学超材料透镜，平面透镜包括基底材料层以及等间隔镶嵌在基底材料层上的若干C型单元超材料阵列，C型单元超材料阵列由若干个C型单元结构周期性排列而成，C型单元结构在外力作用下绕中轴线做旋转运动，从而可以调节声学超材料单元的折射率。本实用新型的透镜可实时调控、多功能、结构简单、低成本和易于加工，其未来在声学隐身、声学吸波、声波通信及其他各类声学器件中具有很多潜在应用。

技术领域

本实用新型涉及一种多功能声学超材料透镜，特别涉及一种旋转可调的多功能二维声学超材料透镜。

背景技术

近年来，随着新型人工电磁材料(Metamaterials)的发展，这种人造材料的有趣性质越发受到关注。类比于电磁超材料，声学超材料也有许多自然界不存在的奇特性质，例如双负特性(负等效密度和负弹性模量)、零折射率、负折射率、隐身、幻象等。渐变折射率(GRIN)材料是一种等效折射率分布随空间变化而逐渐改变的人工超材料。声学上根据折射率与等效密度和弹性模量之间的关系，渐变折射率材料可以通过设计人工结构予以实现。声波进入渐变折射率材料后，其传播路径会随着折射率的分布产生连续弯曲，改变传播方向。

传统的声学超材料是无源的，加工完成后几何结构是固定的，其工作频率或所实现的功能不能改变，这严重阻碍了声学超材料的发展。为了克服这个约束，近年来可调声学超材料越来越引起人们的关注。然而，绝大多数目前所报道的可调声学超材料都是通过调控声波的幅度切换带隙，有些调控机制不是实时的并且结构复杂。因此，设计一种结构简单、实时可调的多功能声学超材料成为当前首要解决的问题。该声学超材料未来在声学隐身、声学吸波、声波通信及其他各类声学器件中具有很多潜在应用。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型提供一种可实时调控、多功能、结构简单、低成本、易于加工的旋转可调的二维声学超材料透镜。

技术方案：为实现上述实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种旋转可调的多功能二维声学超材料透镜，包括基底材料层以及等间隔镶嵌在基底材料层上的若干C型单元超材料阵列，C型单元超材料阵列由若干个C型单元结构周期性排列而成。

可选的，C型单元结构为亚波长单元结构，且C型单元结构为各向异性的超材料单元。

可选的，每个C型单元结构由电机控制旋转角度，不同的旋转角度下C型单元结构获得不同的折射率值，进而得到不同折射率分布的C型单元超材料阵列。

可选的，C型单元结构和基底材料层均由光敏树脂材料经3D打印制作而成。

可选的，C型单元结构为半圆筒型，其周期尺寸为a，外半径为r，圆环宽度为w，开口角度为θ。

可选的，该透镜为聚焦透镜、发散透镜、偏折透镜或高透射透镜。

可选的，该透镜工作频率为4000Hz～9000Hz。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型的可调二维声学超材料透镜通过电机控制单元结构旋转，可以实现多种功能，例如聚焦、发散、偏折、贝塞尔透镜、高透射率等；

(2)本实用新型的可调二维声学超材料透镜使用了机械旋转的可调机制，这是一种实时的调控方式，二维声学超材料透镜的各种功能可以随着单元结构的旋转实时变化；

(3)本实用新型的可调二维声学超材料透镜设计简单，所有单元都是几何结构、尺寸相同的C型单元结构，样品的加工由3D打印技术实现，加工方便，机械旋转的调节机制相比于温度、嵌入式电磁铁、压电材料、薄膜结构等调节机制相比结构简单，易于实现；

(4)本实用新型的可调二维声学超材料透镜的原材料采用光敏树脂，制得的声学聚焦透镜具有轻质量和低成本的特点；