[發明專利]一種基于圖案化裁剪技術實現亞波長分辨的方法

有效

• 申請號: 201711211040.0
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN108037508B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 臧劍鋒;唐瀚川;祝雪豐;葉鐳;喻研
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89;G01S7/52
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;李智

本發明公開了一種基于圖案化裁剪技術實現亞波長分辨的方法，包括：確定相位調控薄膜，所述相位調控薄膜能夠將其透射的聲波的相位改變180度；對相位調控薄膜進行裁剪，將所述相位調控薄膜裁剪成潘洛斯晶格的準周期圖案，使得經過所述裁剪的相位調控薄膜后的聲波形成超振蕩現象，從而產生亞波長的焦斑。本發明實現了遠場的聲波亞波長分辨，所得到亞波長焦斑半高全寬約為0.25倍波長，意味著在長度分辨率提高一倍，而從整個面積上看，成像精度極限可以為常規手段的4倍。

技術領域

本發明屬于聲波技術領域，更具體地，涉及一種基于圖案化裁剪技術實現亞波長分辨的方法。

背景技術

實現聲波的亞波長分辨對于提高基于聲的成像和探測方式(比如B超，聲吶探測等)的分辨率有著重大意義。成像的分辨率與所用波長息息相關。通常的器件成像受限于瑞利極限。瑞利極限的長度為0.5倍波長(以半高全寬為基準)，也就意味著現有技術能分辨的最小長度為0.5倍波長。

現有實際應用的技術幾乎不能實現亞波長分辨，相應的，利用現有技術的聲學成像質量都相對較低。而在現有的文獻中，實現亞波長分辨，即打破衍射極限的方式主要是基于對倏逝波的恢復。具體主要是利用負折射材料或者極致各向異性材料來恢復高頻的倏逝波信息。但是這種方式只在近場被實驗證明了，在遠場很難達到類似的效果。并且文獻中涉及到的裝置都十分龐大厚重，難以加工，成本較高，不利于實用化。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于圖案化裁剪技術實現亞波長分辨的方法，由此解決現有技術幾乎不能實現亞波長分辨，使得現有聲學成像質量都相對較低，并且現有技術不能實現在遠場大范圍距離內的亞波長分辨技術問題。

為實現上述目的，本發明提供一種基于圖案化裁剪技術實現亞波長分辨的方法，包括：

確定相位調控薄膜，所述相位調控薄膜能夠將其透射的聲波的相位改變180度；對所述相位調控薄膜進行裁剪，將所述相位調控薄膜裁剪成潘洛斯晶格的準周期圖案，使得經過所述裁剪的相位調控薄膜后的聲波形成超振蕩現象，從而產生亞波長的焦斑。

可選地，所述潘洛斯晶格的準周期圖案由兩種菱形拼成，所述兩種菱形的銳角分別為36度和72度，所述兩種菱形拼成類似于五邊形的準周期圖案鋪滿所述相位調控薄膜平面，裁剪出的圓孔位于兩種菱形的頂點上。

可選地，所述圓孔的半徑根據圖案的大小而定，使圓孔盡量大而互不干擾，圓孔孔徑和圓孔平均間距與所調控的聲波波長在一個數量級。

可選地，確定相位調控薄膜，包括：

將任意密度大于纖維材料的金屬顆粒或非金屬顆粒和任意模量小于顆粒的高分子材料或者軟材料溶液均勻混合得到混合溶液；將混合溶液作為原料，利用靜電紡絲技術，得到帶顆粒的靜電紡絲纖維，進而由靜電紡絲纖維堆積形成靜電紡絲薄膜，所述靜電紡絲薄膜即為所述相位調控薄膜。

本發明通過不同顆粒與不同高分子材料或者軟材料溶液混合后得到的混合溶液，可以制備不同直徑和分布的靜電紡絲薄膜，由于薄膜中顆粒的振動，從而對不同頻率范圍聲波有180度相位改變，其中，顆粒越多，響應頻率越低頻；薄膜越厚(小于1毫米的情況下)，響應頻率也越低。

可選地，所述任意密度大于纖維材料的金屬顆粒或非金屬顆粒為銅、鐵、金、銀、鉑、鈷、鎳、鉛及其對應的氧化物。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有以下有益效果：

1、實現了遠場的聲波亞波長分辨，所得到亞波長焦斑半高全寬約為0.25倍波長。意味著在長度分辨率提高一倍，而從整個面積上看，成像精度極限可以為常規手段的4倍，在一個方向上，成像所用波長減少一半，成像精度提高一倍，即對于薄膜平面來說是兩個方向上使用亞波長成像其精度都提高一倍，故成像精度提高為原來的4倍。