[发明专利]一种双功能声学平面超透镜

说明书

本发明公开了一种双功能声学平面超透镜。超透镜开设有第一凹槽阵列、单狭缝和第二凹槽阵列；单狭缝开设在声学平面超透镜的中央且贯穿声学平面超透镜的顶端面与底端面，第一凹槽阵列在声学平面超透镜的顶端面，第二凹槽阵列开设在声学平面超透镜的底端面；圆柱体声学平面超透镜中第一圆形凹槽和第二圆形凹槽均以圆柱体单狭缝为中心自内向外等间距依次同轴阵列；长方体声学平面超透镜中第一条形凹槽和第二条形凹槽均以长方体单狭缝为中心对称分布在长方体单狭缝的两侧。本发明具有在大范围，宽频带情况下的声波聚焦和声源检测双功能，且便于安装在声学检测探头上，可移植能力强。

技术领域

本发明涉及了声学超表面领域的一种声学平面超透镜，尤其涉及一种双功能声学平面超透镜。

背景技术

声学超表面是类比光学超表面设计的，在提出了广义斯涅尔定律后，研究人员提出了设计具有相位突变的声学超表面，通过人工设计将一系列亚波长尺寸的人工微结构按照特定的方式组合，实现对透射或反射声波的特殊调控，比如：异常透射、负折射、平面波聚焦和自弯曲声场等。相比于声学超材料，声学超表面的厚度小于工作频率波长的厚度，具有小尺寸材料控制大波场的特点，具有制作损耗相对较低，体积小，厚度薄等优势，在声学研究领域表现出了极大的研究价值和广泛的应用前景，因此引起了科学界和工程界的极大关注。

随着机械加工技术的微小化和精密化，声学超表面呈现出小型化、集成化和多功能化的发展趋势，目前多数已设计出的声学超表面都是由拓扑结构相似的透射型频率选择结构单元构成的，通过将多个相位调制大小不同的单个超表面单元进行简单的阵列组装到一起，在实际使用之前，需事先将阵列结构进行排列和组装为一体，因此设计效率不高。

同时，目前用于相位调节的超表面单元大多是基于共振的腔式结构和基于声程差的弯曲结构，由这些阵列组成的超表面结构的厚度较厚或加工较为困难。因此，本文使用厚度较薄的双功能声学平面超透镜，在上下表面上分别加工非周期性和周期性的凹槽阵列，实现相位调制和倏逝波加强，并通过连接平板上下表面的中间单狭缝实现平板超表面上下表面声场的联通，可有效的将表面倏逝波和散射柱面波结合在一起用于后续的加强聚焦。

根据惠更斯理论，声源激励的声场在向前传播过程中会发生严重的散射，导致常规的探头只能在近场位置对声源情况进行高质量的检测和分辨，同样，缺陷等散射体的散射声场也无法被远场放置的常规探头精准定位。这就导致了远场布置的常规探头无法“看清”声源位置或缺陷位置，对探头布置的位置提出了新的要求。声学超表面的出现和发展逐渐为传统的声学检测提供了新思路和新途径，因此将声学超表面应用于传统的声学检测领域成为了超表面领域发展的新的研究方向。目前，大多数声学超表面的主要工作在透射或反射的单一模式下，用于实现声场的异常偏折，声隐身或声能量的聚焦的单一功能。由此可见，目前已有报道的超表面器件主要存在工作模式单一、需要多组超单元符合或者多层非对称结构才能实现不同功能，且还未应用于传统的声学缺陷检测领域。因此，本申请提出一种可以实现远场加强聚焦和检测的双功能的单狭缝凹槽阵列双功能声学平面超透镜。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，针对现有探头无法在远场看清声源或缺陷位置，以及现有超表面的结构复杂、厚度方向尺寸较大以及工作模式单一等方面存在的不足。本发明提供了一种基于平板式超表面的声波聚焦和声源检测的双功能器件，将开设有单狭缝和凹槽阵列的一种双功能声学平面超透镜直接安装在检测探头上，不需要额外的设备，即可实现远场的加强声能聚焦和在远场的声源或缺陷检测。

本发明提出的一种双功能声学平面超透镜，不仅可以主动实现探头入射声场在远场位置的声能聚焦，还能被动的在远场位置接收声源或散射体的声场，从而实现对远场位置的声源或者缺陷等散射体位置的检测和确定。

本发明采用的技术方案为：

一、一种双功能声学平面超透镜